Temperatura - escalas termométricas

Sabe-se que as moléculas que formam um corpo estão sempre em movimento, que pode ser chamada de agitação térmica. Como elas estão em movimento, pode-se afirmar que possuem energia cinética. Esta energia cinética de vibração das moléculas é chamada energia térmica.

Ao aquecer um corpo, observa-se que a vibração das partículas aumenta enquanto que ao resfriar o corpo, a vibração das partículas diminui.

                                                    Corpo A                     Corpo B

A temperatura do corpo A é maior que a temperatura do corpo B

Temperatura é a grandeza física que mede

o estado de agitação média das partículas do corpo.

Escalas termométricas

Normalmente os termômetros são calibrados usando como parâmetros as temperaturas de dois estados térmicos diferentes. Estas temperaturas são denominadas pontos fixos. Verificando que as temperaturas de fusão do gelo e ebulição da água, à pressão constante, ocorrem sempre à mesma temperatura, elas são usadas como pontos fixos na construção dos termômetros, denominadas pontos fixos fundamentais:

1º. Ponto fixo - temperatura de fusão do gelo;

2º. Ponto fixo – temperatura de ebulição da água.

Escala Celsius

É a escala mais usada no mundo. Construída pelo físico e astrônomo sueco Anders Celsius em 1742, ele adotou para o ponto de fusão de gelo o valor 0 (zero) e para o ponto de ebulição da água o valor 100.

Escala Fahrenheit

Usada geralmente nos países de língua inglesa, esta escala foi construída, pelo físico alemão Daniel Gabriel Fahrenheit em 1724, ele adotou o valor 0 (zero) para a mistura de água, gelo picado e sal, e o valor 100 para a temperatura do corpo humano.

Escala Kelvin

Criada em 1848 pelo físico irlandês, Willian Thomson, também conhecido por Lorde Kelvin.

A escala Kelvin, também denominada absoluta foi obtida pelo conceito de temperatura que é o grau de agitação de suas moléculas do corpo. Então, para a origem da escala, adotou o estado térmico no qual a velocidade das moléculas de um gás se reduziria a zero. A esta origem da escala denominou-se zero absoluto.

Usando os pontos fixos fundamentais, os valores encontrados para a escala kelvin são: 273 K para o ponto de fusão do gelo e 373 K para o ponto de ebulição da água, sob pressão de 1 atmosfera.

Conversão Entre as Escalas

Para converter uma escala termométrica em outra se deve relacioná-las e efetuar uma regra de três proporcional.

Para a conversão entre as escalas Celsius, Fahrenheit e Kelvin, inicia-se pela comparação entre as escalas:

Relacionando os intervalos de temperatura:

- entre ponto de fusão do gelo e a temperatura que se quer calcular;

- o ponto de fusão do gelo e o ponto de ebulição da água,

Simplificando, tem-se a equação de conversão entre as escalas celsius, fahrenheit  kelvin.

Exercícios resolvidos:

1. UFRRJ-RJ - Um mecânico, medindo a temperatura de um dispositivo do motor do carro de um turista americano, usou um termômetro cuja leitura digital foi de 92°C. Para que o turista entendesse melhor a temperatura, o mecânico teve de converter a unidade de temperatura para Fahrenheit.

Qual foi o valor da temperatura após esta conversão?

Resolução:

A temperatura de 92°C deve ser convertida para a escala fahrenheit. Para isso substitui-se na equação:

Assim, tem-se:

2. FATEC-SP - A temperatura em que a indicação da escala Fahrenheit é o dobro da indicação da escala Celsius é:

a) 160°C

b) 160°F

c) 80°C

d) 40°F

e) 40°C

Resolução

Se a indicação da escala Fahrenheit é o dobro da indicação da escala Celsius, pode-se escrever:

F=2C

Substituindo na equação de conversão entre as escalas Celsius e fahrenheit, tem-se:

Resposta: alternativa A

3. UNESP-SP - Um estudante desenvolve um termômetro para ser utilizado especificamente em seus trabalhos de laboratório.

Sua idéia é medir a temperatura de um meio fazendo a leitura da resistência elétrica de um resistor, um fio de cobre, por exemplo, quando em equilíbrio térmico com esse meio. Assim, para calibrar esse termômetro na escala Celsius, ele toma como referências as temperaturas de fusão do gelo e de ebulição da água. Depois de várias medidas, ele obtém a curva apresentada na figura.

A correspondência entre a temperatura T, em °C, e a resistência elétrica R, em Ω, é dada pela equação

a) T = 100.(R - 16) / 6,6.

b) T = 100.6,6 / (R - 16).

c) T = (R - 6,6) / (6,6.100).

d) T = 100.(R - 16) / 16.

e) T = 100.(R - 6,6) / 16.

Resolução

Primeiro deve-se comparar as duas grandezas:

Resposta: alternativa A

4. PUC-PR – Um cientista russo cria uma nova escala de temperatura e dá a ela o nome de seu filho Yuri. Nessa escala, a temperatura de fusão de gelo vale – 20ºY e a temperatura de ebulição da água vale 120ºY. Utilizando um termômetro graduado nessa escala para medir a temperatura corporal de seu filho, o cientista encontra o valor de 36ºY. Pode-se afirmar:

a) o garoto tem febre pois possui temperatura de 40ºC.

b) o garoto tem hipotermia, pois a temperatura de 32ºC.

c) O garoto possui temperatura normal, de aproximadamente 36ºC.

d) A temperatura de 36ºY é impossível, pois é menor do que o zero absoluto.

e) A medida está errada, pois a temperatura de 36ºY será corresponde a 90ºC.

Resolução:

Sabe-se que uma pessoa está com febre se sua temperatura for superior a 37,5 °C. Assim deve-se converter 36 °Y para a escala Celsius.

Resposta: Alternativa A

Variações de Temperatura

Em algumas situações, é preciso trabalhar com a variação de temperatura e executar a conversão para outras escalas.

Neste caso, devem-se comparar as escalas e aplicar uma proporcionalidade entre os intervalos de temperaturas.

Assim:

Simplificando, tem:

Observe que a variação na escala Celsius é igual à variação na escala Kelvin.

Exercício resolvido

1. CEFET-MG - Em um determinado dia, a temperatura mínima em Belo Horizonte foi de 15 °C e a máxima de 27 °C. A diferença entre essas temperaturas, na escala kelvin, é de

a) 12.

b) 21.

c) 263.

d) 285.

e) 24

Resolução:

Entre os dois pontos fixos as escalas Celsius e Kelvin possuem 100 unidades, assim, a cada variação de 1 °C corresponde a uma variação de 1K.

Resposta: alternativa A

2. Em uma experiência, um determinado líquido teve sua temperatura aumentada em 27°F. Qual foi o aumento da temperatura na escala Celsius?

Resolução:

A variação de temperatura na escala Celsius e na escala Fahrenheit se relacionam pela equação:

Como uma variação de temperatura de 27°C tem-se: