4.1. Parte 2: Termômetros e as escalas de temperatura
Autor: Prof. Geovani L. Dias | Publicado: 2012-04-20T22:05:00-03:00

Como estabelecer padrões de agitação – unidades de media de temperatura

Paira uma dúvida no ar ao pensarmos em como medir o grau de agitação de algo tão pequeno que não vemos, como os átomos e moléculas. E como algo tão rudimentar como uma coluna de mercúrio dentro de um caninho de vidro (termômetro) faria isso?



Como se observou anteriormente, a água (e qualquer outra substância pura, como álcool desidratado, mercúrio, e oxigênio) quando muda de estado físico (seja congelando, seja fervendo) assume a característica importante de manter-se a temperatura constante enquanto faz essa mudança.



Um rapaz chamado Anders Celsius (1701-1744) teve a genial idéia – não somente ele, mas também outros como Gabriel Fahrenheit (1686-1736) – de relacionar a dilatação de um material com esta constância das substâncias nas mudanças de estado físico. Como eles sabiam que a dilatação sofrida por um material era tão grande quanto mais quente estivesse, e como sabiam também que se em contato com algo a temperatura constante a dilatação cessaria e as dimensões se manteriam também constantes (como também você sabe, pois afinal, a não ser que se esquente ou esfrie algo, seus talheres, por exemplo, não começam a mudar de tamanho espontaneamente), procuraram relacionar a dilatação sofrida com a “quentura” de algo.



[ESQUEMA COLUNA DE MERCÚRIO COM AQUECIMENTO E CONGELAMENTO DA ÁGUA]



Celsius então atribuiu o valor de 100 para a dilatação do mercúrio quando em contato com água fervente e 0 para a água em congelamento. Como essa escala possui essas relações de congelamento e fervura da água distando-se numa centena, essa escala (e todas que o fazem, como a escala Kelvin que é vista mais abaixo) denomina-se&nbsp;centígrada. Inclusive, quando assumimos esses valores para as transformações em pauta, está se falando&nbsp;escala&nbsp;Celsius&nbsp;(°C).



Outro homem (Gabriel Fahrenheit), como comentado, fez a mesma assimilação que Celsius; contudo atribuiu os valores de 212 e 32 para, respectivamente, as temperaturas de fervura e congelamento da água. Essa escala é conhecida por&nbsp;escala&nbsp;Fahrenheit&nbsp;(°F) – utilizada apenas nos EUA.



Como ambos relacionam valores diferentes para a mesma elongação da coluna de mercúrio, podemos usar a geometria para relacionarmos essas escalas:



[ESQUEMA DE RELAÇÃO COLUNA CELSIUS E FAHRENHEIT]



Da geometria temos que a seguinte relação lógica:






[http://www.da-educa.com/2009/11/plantao-de-duvidas-on-line-fisica.html,&nbsp;em 25/04/2012]


Veja que A = C e B = D. Então, como A = tC - 0; B = 100 - 0; C = tF - 32; D = 212 - 32:




Assim, simplificando, temos:



Veja que ambas são representações diferentes da mesma relação.


Escalas de temperatura absoluta – Escalas Kelvin e Rankine

Como comentamos no tópico anterior ao último, a temperatura mede a “agitação de partículas” de um corpo (objeto, atmosfera, etc.). Portanto, seria conveniente atribuir-se o valor de zero à temperatura de algo cuja agitação fosse nula. Contudo, a idéia de agitação foi proposta apenas anos mais tarde a época de Celsius e Fahrenheit. Pesquisadores que se aprofundaram neste estudo puderam propor uma escala conveniente a esta visão de temperatura como nível de agitação.



Um destes indivíduos foi William Thompson (1824-1907), conhecido por Lord Kelvin. Ele propôs uma escala que levasse em consideração estes últimos avanços no conhecimento da natureza das partículas, propondo uma escala cujo zero indicaria justamente uma partícula em repouso. Sua escala, como a Celsius, tem a diferença entre a temperatura de fervura e congelamento da água em 100 (portanto, também é centígrada); decorrentemente, contudo, os valores da temperatura de fervura e congelamento são, respectivamente,&nbsp;373,15 e 273,15.



A relação ºC e K fica, usando o mesmo entendimento que usamos para a escala Fahrenheit:



Assim, a temperatura em °C relaciona-se com a temperatura em K:





NOTA: para escalas de temperatura absoluta, não se usa (nem se diz) o símbolo de grau “°”, apenas a letra do homenageado (como a Kelvin e a Rankine, que vem a seguir).



Outra escala de temperatura absoluta é proposta por&nbsp;William John Macquorn&nbsp;Rankine&nbsp;(1820-1872), usando as mesmas proporções da escala Fahrenheit, relacionando-se com ela da seguinte forma: