As escalas termométricas são utilizadas para medir a temperatura dos corpos. Os tipos de escalas mais conhecidas são a escala Celsius, escala Kelvin e escala Fahrenheit.
As escalas termométricas são mecanismos utilizados para medir a temperatura dos corpos. Temperatura é uma grandeza física que mede o grau de agitação das moléculas de um corpo, indicando o seu estado térmico, ou seja, quanto maior a agitação das partículas que compõem o corpo, maior será a temperatura dele. As escalas surgiram da necessidade de quantificar o quanto um corpo está quente ou frio, e da necessidade de melhorar as medidas das temperaturas.
Existem vários tipos de escalas, das quais as mais conhecidas são a escala Celsius, escala Kelvin e escala Fahrenheit.
Escala Celsius
A Escala Celsius é a mais comum entre todas, foi criada em 1742 pelo astrônomo sueco Anders Celsius. Ele estabeleceu pontos fixos da sua escala como sendo os pontos de fusão do gelo e de ebulição da água, ou seja, 0° para o ponto de fusão de gelo e 100° para o ponto de ebulição da água.
Escala Fahrenheit
Daniel Gabriel Fahrenheit, o inventor do termômetro de mercúrio, foi o inventor dessa escala por volta dos anos de 1742. Ele em seus estudos obteve uma temperatura de 32°F para uma mistura de água e gelo, e uma temperatura de 212°F para a água fervente. Assim, na escala Fahrenheit a água vira gelo a uma temperatura de 32°F e ferve a uma temperatura de 212°F. É a escala mais utilizada nos países de língua inglesa.
Escala Kelvin e o zero absoluto
Como já foi dito, a temperatura mede o grau de agitação das moléculas, sendo assim a menor temperatura corresponde à situação na qual essa agitação cessa. Esse é denominado de zero absoluto. Na prática esse ponto é impossível de se alcançar, contudo, esse valor foi alcançado teoricamente na escala Celsius e corresponde a um valor igual a -273,15°C (aproximadamente -273). Willian Tomson, que viveu entre os anos de 1824 a 1907, durante a realização de experimentos verificou que se o volume de um gás for mantido constante, a sua pressão seria reduzida a uma razão de 1/273 do valor inicial para uma variação de -1°C na temperatura. Assim, ele concluiu que se o gás sofresse uma redução de temperatura de 0°C para -273°C, a sua temperatura reduziria a zero. A esse valor de -273°C ficou conhecido como zero absoluto. Kelvin atribuiu o zero da sua escala como sendo igual a -273°C na escala Celsius.
Relação entre as escalas termométricas
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Podemos relacionar as três escalas da seguinte forma:
Para fazer a mudança de qualquer valor de uma escala para outra, podemos utilizar a seguinte relação matemática:
O Termômetro
Termômetro é um equipamento utilizado para medir a temperatura de um determinado corpo. Existem vários tipos, dentre os quais o mais utilizado é o termômetro de mercúrio. Constituído de um fino tubo de vidro fechado a vácuo e um bulbo que se localiza na extremidade, onde está o mercúrio, seu funcionamento se baseia na dilatação do mercúrio. O mercúrio é um metal líquido à temperatura ambiente e muito sensível. Quando ocorre variação na temperatura ele expande pelo tubo de vidro, essa expansão permite visualizar, através da leitura da escala graduada, a temperatura do corpo.
Aproveite para conferir a nossa videoaula relacionada ao assunto:
As escalas termométricas são usadas para indicar a temperatura, ou seja, a energia cinética associada à movimentação das moléculas.
No Sistema Internacional de Unidades (SI) a temperatura pode ser medida em três escalas:
- Escala Celsius (°C)
- Escala Kelvin (K)
- Escala Fahrenheit (°F)
Como referência, elas utilizam os pontos de fusão (gelo) e ebulição (vapor) da água. Confira abaixo a origem e as características de cada uma delas. Lembre-se que o termômetro é o instrumento utilizado para medir a temperatura.
Escala Fahrenheit °F
A Escala Fahrenheit foi criada em 1724 pelo físico e engenheiro Daniel Gabriel Fahrenheit (1686-1736). Recebe esse nome em homenagem ao seu criador.
Nos Estados Unidos e na Inglaterra a temperatura é medida em Fahrenheit. O símbolo dessa escala termométrica é °F.
- Ponto de Fusão da Água: 32 °C
- Ponto de Ebulição da Água: 212 °C
Escala Celsius °C
A Escala Celsius foi criada em 1742 pelo astrônomo sueco Anders Celsius (1701-1744). Recebe esse nome em homenagem ao seu criador.
É a escala termométrica mais utilizada no mundo, inclusive no Brasil. O símbolo dessa escala é °C.
- Ponto de Fusão da Água: 0 °C
- Ponto de Ebulição da Água: 100 °C
Obs: As expressões "Graus Celsius" e "Graus Centígrados" são sinônimas. No entanto, graus centígrados foi substituída pelo grau Celsius na Conferência Geral de Pesos e Medidas (1948).
Escala Kelvin K
A Escala Kelvin é chamada de "escala absoluta" pois tem como ponto de referência o zero absoluto. Ela foi criada em 1864 pelo físico, matemático e engenheiro irlandês William Thomson (1824-1907). Recebe esse nome uma vez que ele também ficou conhecido como Lord Kelvin. O símbolo dessa escala termométrica é K.
- Ponto de Fusão da Água: 273 K
- Ponto de Ebulição da Água: 373 K
Fórmulas de conversão entre escalas termométricas
Para converter uma medida realizada em uma escala em seu valor equivalente em outra, utilizam-se as seguintes relações.
Converter Celsius para Kelvin
Converter Kelvin em Celsius
Converter Celsius em Fahrenheit ou vice-versa
Converter Kelvin em Fahrenheit ou vice-versa
As fórmulas utilizadas para a conversão das escalas termométricas são:
Onde,
- Tc: temperatura em Celsius
- Tf: temperatura em Fahrenheit
- Tk: temperatura Kelvin
Entenda melhor sobre o tema:
- Calor e Temperatura
- Calorimetria
- Ponto de Fusão e Ponto de Ebulição
Exemplo de conversão de unidades termométricas
Para encontrar os valores equivalentes das escalas termométricas, basta adicionar o valor conhecido na fórmula, por exemplo:
Calcule o valor de 40°C nas escalas Kelvin e Fahrenheit:
Celsius para Fahrenheit:
Celsius para Kelvin:
Exercícios de escalas termométricas com respostas
As escalas termométricas são um tema muito cobrado nos vestibulares e no Enem. Confira abaixo três exercícios que caíram no vestibular.
Exercícios 1
(Unesp-2003) Uma panela com água é aquecida de 25°C para 80°C. A variação de temperatura sofrida pela panela com água, nas escalas Kelvin e Fahrenheit, foi de:
a) 32 K e 105 °F.
b) 55 K e 99 °F.
c) 57 K e 105 °F.
d) 99 K e 105 °F.
e) 105 K e 32 °F.
Ver Resposta
Resposta: letra b
O problema pede a variação e, as escalas Celsius e Fahrenheit variam de 1 para 1, a cada 1º de mudança em uma escala, na outra a variação também é de 1º.
Como a variação em Celsius foi 80 - 25 = 55, para Fahrenheit também, portanto, a resposta é a opção b.
Exercício 2
(UFF-1996) Um turista brasileiro, ao desembarcar no aeroporto de Chicago, observou que o valor da temperatura lá indicado, em °F, era um quinto do valor correspondente em °C. O valor observado foi:
a) - 2 °F
b) 2 °F
c) 4 °F
d) 0
°F
e) - 4 °F
Ver Resposta
Resposta: letra e
O valor da medida em F era 1/5 de C, logo:
Utilizando a relação entre as escalas, temos:
Da primeira relação, isolamos o C e substituímos na anterior.
Dessa modo,
Assim, a temperatura equivalante era de -4ºF.
Exercício 3
(UFF-1995) Quando se deseja realizar experimentos a baixas temperaturas, é muito comum a utilização de nitrogênio líquido como refrigerante, pois seu ponto normal de ebulição é de - 196 ºC.
Na escala Kelvin, esta temperatura vale:
a) 77 K
b) 100 K
c) 196 K
d) 273 K
e) 469 K
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Resposta: letra a
Usando a relação entre as escalas Celsius e Kelvin:
TK=TC + 273
TK = -196 + 273
TK = 77 K
Professor de Matemática licenciado e pós-graduado em Ensino da Matemática e Física (Fundamental II e Médio), com formação em Magistério (Fundamental I). Engenheiro Mecânico pela UERJ, produtor e revisor de conteúdos educacionais.