Termometria: temperatura, escalas termometricas e zero absoluto.
Autor: Prof. André S. F. | Publicado: 2013-04-05T11:50:00-07:00




A termometria é uma parte da termologia que estuda a temperatura e as formas pelas quais a mesma pode ser medida.

Ideia intuitiva de temperatura: Quando tomamos um banho com água fria temos uma sensação diferente de quanto tomamos banho com água quente.&nbsp;Intuitivamente&nbsp;percebemos que há alguma coisa diferente entre a água fria e a água quente que nos provoca sensações distintas e essa propriedade é chamada de temperatura. Essa noção intuitiva e baseada nos sentidos diretos&nbsp;não&nbsp;é suficiente pra se ter uma noção científica de temperatura.

Sabemos que toda a matéria é feita de átomos e moléculas em constante agitação.&nbsp;Átomos&nbsp;e moléculas se combinam para formar os&nbsp;sólidos,&nbsp;líquidos,&nbsp;gases, plasmas, e outros estados físicos possíveis dependendo da &nbsp;rapidez com que se movem.

Podemos definir a temperatura da seguinte maneira:&nbsp;"A temperatura é uma grandeza física que está relacionada ao movimento aleatório dos átomos e moléculas de uma substância que em virtude dos seus movimentos possuem energia cinética. Os&nbsp;átomos&nbsp;e&nbsp;moléculas&nbsp;podem girar e vibrar, mas esses movimentos&nbsp;não&nbsp;influenciam&nbsp;diretamente na temperatura de do corpo,&nbsp;a&nbsp;temperatura é&nbsp;proporcional&nbsp;a energia&nbsp;cinética&nbsp;media translacional (pelo qual as&nbsp;moléculas&nbsp;se movimentam de um lado para outro). Portanto, quanto maior a temperatura de um corpo maior o grau de agitação térmica, com isso maior será a energia cinética de seus átomos e moléculas."




Todos os materiais se dilatam quando suas&nbsp;temperaturas&nbsp;se elevam e&nbsp;contraem-se&nbsp;quado a temperatura diminui de modo que o&nbsp;termômetro analógico&nbsp;mede a temperatura por meio da dilatação ou contração de um liquido, normalmente o&nbsp;mercúrio&nbsp;presente&nbsp;em seu&nbsp;interior. &nbsp;É preciso quantificar e atribuir um número a&nbsp;água&nbsp;fria e um número a água quente que distingua esses estados. Para quantificar em valores e&nbsp;caracterizar&nbsp;a temperatura de um corpo qualquer é preciso um dispositivo: o termômetro com uma escala, "tracinhos".

As primeiras escalas termométricas foram construídas de modo meio arbitrário. A escala&nbsp;Celsius&nbsp;é a escala mais utilizada no Brasil e na maior parte dos&nbsp;países&nbsp;oficializada em 1742 por Ander&nbsp;Celsius&nbsp;baseada nas seguintes escolhas: 0 se atribui a temperatura de congelamento da água então esta temperatura é definida como zero graus&nbsp;Celsius&nbsp;(0 ºC) e a temperatura da&nbsp;água&nbsp;quando entra em ebulição foi&nbsp;atribuída&nbsp;como cem graus&nbsp;Celsius&nbsp;(100 ºC). Como ela vai de zero a cem é também conhecida como escala centigrados. Há uma outra escala muito utilizada nos estados unidos e&nbsp;países&nbsp;de&nbsp;língua&nbsp;inglesa criada em 1708 por Gabriel Daniel&nbsp;Fahrenheit&nbsp;em que as escolhas são diferentes: a mistura de gelo e cloreto de&nbsp;amônia&nbsp;se atribui o grau zero nesta escala (0ºF) e cem para a temperatura do corpo humano (100 ºF). Comparando com a escala Celsius&nbsp; na escala&nbsp;Fahrenheit&nbsp;em 32 ºF a água vira gelo em 212 ºF a&nbsp;água&nbsp;sofre ebulição (0 ºC = 32 ºF e 100 ºC = 212 ºF).



Se nos medimos a temperatura de alguma coisa essa temperatura e&nbsp;cateterística&nbsp;dessa coisa, mas obteremos&nbsp;números&nbsp;diferentes se usarmos um termômetro calibrado na escala&nbsp;Celsius&nbsp;ou calibrado na escala&nbsp;fahrenheit.&nbsp;Como obter uma relação entre essas temperaturas em escalas diferentes? Se a temperatura que estamos medindo para um corpo é um valor TC na escala&nbsp;Celsius&nbsp;haverá&nbsp; para esta mesma temperatura, um valor TF na escala fahrenheit. Qual a relação entre esse número TC e esse numero TF? Como as duas escalas&nbsp;são&nbsp;lineares podemos fazer uma seguinte relação geométrica entre as escalas (fígura).







O tamanho "a" na escala&nbsp;Celsius&nbsp; (TC-0) deve representar uma fração do intervalo total "b" (100 - 0) assim como a diferença "a", na escala fahrenheit (TF - 32) representa para o tamanho&nbsp; "b" (212 - 32). Se TC for a metade da escala Celsius TF deve representar a metade na escala Fahrenheit. Se TC é um terço de 100, F deve ser um terço de 180.







Em 1848 Willian Thomson, que recebeu o título de nobreza lorde Kelvin, estabeleceu uma escala absoluta, a chamada Escala Kelvin. Kelvin verificou experimentalmente que a pressão de um gás diminuía 1/273 do valor inicial, quando resfriado a volume constante de 0 °C para – 1 °C. Como a pressão do gás está relacionada com o choque de suas partículas com as paredes do recipiente, quando a pressão fosse nula, as moléculas estariam em repouso, a agitação térmica seria nula e a sua temperatura também. Conclui, entáo, que isso aconteceria se transformássemos o gás até – 273 °C. Assim, Kelvin atribuiu o valor zero para este estado térmico e o valor de 1 kelvin a uma extensão igual à do grau Celsius, de modo que o ponto de fusão do gelo corresponde a 273 K e o ponto de ebulição da água corresponde a 373 K (o nome e o símbolo grau kelvin foram abolidos em convenção científica internacional e substituídos simplesmente por kelvin; portanto, ao invés de 10 °K, escreve-se 10 K e lê-se: dez kelvin).



Como a temperatura de um corpo está relacionada com o grau de agitação de suas moléculas, podemos dizer que as escalas Celsius e Fahrenheit são relativas, uma vez que elas não atribuem o valor zero ao estado de agitação molecular mais baixo.

A temperatura está relacionada à energia de movimento das moléculas de um corpo; assim, ao diminuirmos sua temperatura, suas moléculas ficam mais lentas. Podemos imaginar um estado em que todas as moléculas estão paradas, ou seja, agitação térmica nula correspondendo à temperatura zero, a qual denominamos zero absoluto. O que é zero absoluto? É a menor temperatura que qualquer coisa pode atingir no universo. Qualquer átomo ou molécula que chegar a zero da escala Kelvin (0K ou -273,15 °C) ficaria imóvel. Mas isso não passa de uma teoria, já que não foi possível atingir a temperatura nem mesmo em laboratório – o recorde de aproximação está em 0,000000000001K. Em experiências, cientistas descobriram que em baixas temperaturas um corpo pode passar por três efeitos colaterais: a supercondutividade, a superfluidez e a condensação de Bose-Einstein. Bobinas do Colisor de Hádrons (LHC) chegam a 1,9K (-271 °C ) em resfriamento.