O que é temperatura? Como medi-la? São perguntas que frequentemente nos deparamos e nos geram duvidas quando associadas a conceitos próprios como o uso de diferentese scalas. Podemos definir temperaturacomo a simples movimentação dos átomos existentes em um corpo, e que estão sempre em constante vibração, ação que é conhecida como agitação molecular. O nível da temperatura é proporcional a agitação dos átomos,ou seja quanto maior a movimentação maior será a temperatura e quanto menor é essa agitação, menor será a temperatura. O principal instrumento para a medição de temperatura é o termômetro, que é constituído por um tubo graduado com um líquido em seu interior (mercúrio ou álcool). O Termômetro é feito de maneira que o líquido que se encontra em seu interior se expande devido a alta temperatura e quando se encontra a uma baixa temperatura ele se contrai no tubo, criando um movimento de subir e descer conforme a variação de temperatura. Quando um termômetro inicia seu funcionamento devemos observar que ao expandir ou contrair, podemos ver o líquido que encontra em seu interior através do tubo graduado a sua temperatura, nas diferentes escalas termométricas existentes na marcação do termômetro, que na maioria das vezes são: Celsius e Fahrenheit (Sistema Internacional-SI). Pode-se notar quando é observada a medida da temperatura no aparelho a diferença numérica entre as duas escalas, que podem ser associadas a uma simples transformação realizada através do calculo de uma expressão matemática: Tc / 5 = (Tf - 32) / 9 onde o valor da temperatura em graus Celsius dividido por 5 é igual ao valor da temperatura em graus Fahrenheit menos 32 dividido por 9. Exemplo: Quanto vale 5°C em °F ? Tc / 5 = (Tf - 32) / 9 5 / 5 = (Tf - 32) / 9 1 = (Tf - 32) / 9 9 = Tf - 32 Tf = 41°F Ou seja a temperatura de 5°C (5 graus Celsius) equivale a uma temperatura de 41°F (41 graus Fahrenheit). Também é utilizada a escala termométrica Kelvin, na leitura de temperaturas em instrumentos como o termômetro. No Brasil, a escala termométrica adotada para medir temperaturas é a Celsius (°C), diferentemente dos americanos e alguns outros países ao redor do mundo que fazem a medida em Fahrenheit. A relação de transformação das escalas é de extrema importância uma vez que alguns aparelhos de medida podem aparecer apenas com uma delas. A escala Kelvin, é mais usada em laboratórios e centros de pesquisa, sendo usada em outras áreas também.
Temperatura é a grandeza física que mede o grau de agitação térmica, ou energia cinética, translacional, rotacional e vibracional dos átomos e moléculas que constituem um corpo. Quanto maior for a agitação das moléculas, maior será a sua temperatura.
Além disso, o estado físico da matéria está relacionado com sua temperatura. Na escala macroscópica, a agitação térmica afeta a velocidade, bem como as distâncias entre os átomos e moléculas de um corpo; desse modo, o efeitos percebidos são as mudanças de estado físico.
Veja também: Termologia – a parte da física que estuda o calor e seus efeitos sobre a matéria
O que é temperatura?
Temperatura é uma das grandezas fundamentais da física, medida em kelvin (K), de acordo com o sistema internacional de unidades. No entanto, existem diversas escalas de temperaturas, usadas para representar a agitação molecular, como a escala celsius (ºC) ou a fahrenheit (ºF), geralmente construídas com base nas mudanças de características que algumas substâncias apresentam a certas temperaturas, como seus pontos de fusão e ebulição.
Teoricamente, não existe um limite superior para a temperatura de um corpo, no entanto, existe um valor mínimo: 0 K, também conhecido como zero absoluto. Esse valor de temperatura corresponde ao estado de menor agitação térmica possível, no qual todos os átomos e até mesmo as partículas subatômicas devem encontrar-se estáticas, em completo repouso. Apesar de existir teoricamente, algumas imposições, como a terceira lei da termodinâmica, indicam que essa temperatura é simplesmente inalcançável.
A definição mais básica da unidade kelvin está diretamente relacionada à agitação molecular. A medida de1 K foi inicialmente definida como a fração de 1/273 da temperatura do ponto triploda água. Atualmente, a unidade de kelvin foi redefinida e escrita em termos da constante de Boltzmann. Hoje se entende que uma variação de 1 K é a mudança de temperatura capaz de provocar um aumento ou diminuição de energia interna igual a 1,380649.10-23 J, qual seja a substância.
Ao longo da história da termodinâmica, a temperatura já foi estudada e interpretada de maneiras distintas. Sua interpretação empírica, por exemplo, baseia-se exclusivamente na medida de propriedades físicas simples, como a altura de uma coluna de líquido. De acordo com essa interpretação, a temperatura relaciona-se com as mudanças dessas propriedades físicas, não obstante, tal compreensão não explica o que ela é de fato.
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A interpretação teórica da temperatura, muito mais complexa, é baseada nos conhecimentos da física estatística, da teoria cinética e da mecânica quântica. De acordo com os argumentos teóricos, a temperatura pode ser determinada com base em outras grandezas, como a energia interna e a entropia.
Veja mais: Energia térmica – o que é, fórmula e como funciona!
Escalas termométricas
As escalas termométricas são usadas para representar medidas de temperatura de acordo com propriedades físicas de diferentes materiais. A escala mais popular de todas, a escala celsius, por exemplo, baseia-se nos pontos de fusão (0 ºC) e ebulição da água (100 ºC).
Outra escala comum, usada em alguns países, é a escala fahrenheit. Essa escala foi criada com base em uma mistura de água, gelo e sal, em iguais proporções — a esse estado atribuiu-se a temperatura de 0 ºF. Ao estado em que havia iguais proporções de água e gelo, atribuiu-se a temperatura de 32 ºF. O terceiro ponto adotado por Daniel Fahrenheit foi o ponto de 96 ºF, correspondente à temperatura do corpo humano. Desse modo e até hoje, a escala Fahrenheit utiliza os pontos fixos de 32 ºF e 212 ºF, este correspondente à temperatura de fervura da água.
Observe a fórmula seguinte, nela se apresenta a relação que nos permite converter as diferentes escalas de temperatura, celsius, kelvin e fahrenheit, umas nas outras:
TC – temperatura em celsius
TF – temperatura em fahrenheit
TK – temperatura em kelvin
Caso tenha maior interesse no tema, leia nosso texto: Escalas termométricas.
Medidas de temperatura
A medida de temperatura só é feita quando se alcança o equilíbrio térmico. É por isso que devemos esperar certo tempo para aferirmos corretamente a temperatura do corpo humano, por exemplo. O instrumento utilizado para medir a temperatura é o termômetro.
Esse dispositivo é configurado com base em alguma propriedade física, como a altura de uma coluna de líquido, como o mercúrio ou, ainda, como a resistência elétrica de uma junção de lâminas metálicas. Esta última é usada em praticamente todos os termômetros eletrônicos.
Acesse também: Temperatura e velocidade das reações — no cotidiano e em gráficos!
Calor e temperatura
Calor e temperatura são grandezas físicas distintas, apesar de serem intimamente relacionadas. Enquanto a temperatura é a medida da energia cinética das moléculas, o calor é a energia transferida entre corpos, em virtude de uma diferença de temperatura. Em outras palavras, o calor é o fluxo de energia entre sistemas termodinâmicos, até que se atinja a condição de equilíbrio térmico. Quer saber mais sobre esse tema? Leia nosso texto: Calor e temperatura.