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Física

Escalas Termométricas

Amanda Barreiros
Publicado por Amanda Barreiros
Última atualização: 3/12/2018

Introdução

As escalas termométricas são compostas por valores arbitrários selecionados com base nos pontos de fusão e ebulição da água. Elas são usadas para medir o grau de agitação molecular de um sistema, ou seja, para estabelecer valores de temperatura.

No início dos estudos da Termologia, cada cientista criava sua escala para realizar seus estudos, portanto existiam muitas escalas termométricas. Atualmente, as mais utilizadas são: Celsius, Fahrenheit e Kelvin.

Termômetro graduado nas escalas Celsius e Fahrenheit

Escala Celsius (ºC)

escala Celsius foi criada no século XVIII pelo astrônomo e físico sueco Anders Celsius. Inicialmente denominada escala centígrada, ela apresenta cem intervalos entre os pontos de fusão e de ebulição da água.

Seus pontos de referência são:

  • Ponto de fusão da água: 0ºC
  • Ponto de ebulição da água: 100ºC

Essa escala é a mais utilizada na maioria dos países do mundo, inclusive no Brasil.

Escala Fahrenheit (ºF)

escala Fahrenheit foi criada também no século XVIII pelo engenheiro e físico Daniel Gabriel Fahrenheit, cientista que inventou o termômetro de mercúrio.

Essa escala foi criada utilizando como referências a temperatura de uma mistura de gelo e cloreto de amônia (0 °F) e a temperatura normal do corpo humano (100 °F).

Os pontos de fusão e ebulição da água nessa escala são então:

  • Ponto de fusão da água: 32ºF
  • Ponto de ebulição da água: 212ºF

Diferente da escala Celsius, essa não é uma escala centígrada, pois apresenta 180 intervalos entre os pontos de fusão e ebulição da água.

A escala Fahrenheit é muito usada nos países de língua inglesa, como os Estados Unidos. 

Escala Kelvin (K)

escala Kelvin foi criada no século XIX pelo físico e engenheiro britânico nascido na Irlanda, William Thomson, conhecido como Lorde Kelvin.

Lorde Kelvin acreditava na importância de existir uma escala termométrica que atribuísse um zero absoluto, ou seja, uma temperatura em que qualquer partícula está no menor grau de agitação possível. 

A partir de estudos, cálculos e extrapolações gráficas, ele encontrou que essa temperatura ocorria a aproximadamente -273ºC, e atribuiu a esse ponto o 0K.

Assim, nessa escala, os pontos de fusão e ebulição da água são:

  • Ponto de fusão da água: 273K
  • Ponto de ebulição da água: 373K

A escala Kelvin é centígrada como a escala Celsius, por apresentar 100 intervalos entre os pontos de fusão e ebulição da água. Ela é também conhecida como escala absoluta, pois não apresenta temperatura negativa. Hoje, essa é a escala termométrica adotada pelo Sistema Internacional de Unidades (SI).

Conversão entre escalas termométricas

As escalas termométricas são caracterizadas por sua razão de transformação. A razão de transformação de uma escala é uma comparação entre dois intervalos de temperatura, e é geralmente calculada com base nos pontos fixos da água, que são os pontos de fusão e ebulição.

Para uma dada escala termométrica X (ºX), calcula-se a razão de transformação pela fórmula, em que é uma temperatura qualquer da escala X:

\[R_{T}(ºX)=\frac{T_{X}-T_{F}}{T_{E}-T_{F}}\]

Razão de transformação da escala termométrica X

A razão de transformação para a escala Celsius é dada por:

\[R_{T}(ºC)=\frac{T_{C}-0}{100-0}\]

\[\Rightarrow R_{T}(ºC)=\frac{T_{C}}{100}\]

Razão de transformação da escala Celsius

Para a escala Fahrenheit, a razão é dada por:

\[R_{T}(ºF)=\frac{T_{F}-32}{212-32}\]

\[\Rightarrow R_{T}(ºF)=\frac{T_{F}-32}{180}\]

Razão de transformação da escala Fahrenheit

E a razão de transformação para a escala Kelvin é dada por:

\[R_{T}(K)=\frac{T_{K}-273}{373-273}\]

\[\Rightarrow R_{T}(K)=\frac{T_{K}-273}{100}\]

Razão de transformação da escala Kelvin

Para realizar a conversão de temperatura entre escalas, iguala-se as razões de transformação. Assim, para a conversão entre as escalas Celsius, Fahrenheit e Kelvin, vale a equação:

\[R_{T}(ºC)=R_{T}(ºF)=R_{T}(K)\]

\[\Rightarrow \frac{T_{C}}{100}=\frac{T_{F}-32}{180}=\frac{T_{F}-273}{100}\]

\[\Rightarrow \frac{T_{C}}{5}=\frac{T_{F}-32}{9}=\frac{T_{F}-273}{5}\]

Para o caso de variações de temperatura, a conversão entre as escalas se dá pela fórmula:

\[\frac{\Delta T_{C}}{5}=\frac{\Delta T_{F}}{9}=\frac{\Delta T_{K}}{5}\]

Fórmulas

Razão de transformação de uma escala termométrica X, em que TE é temperatura de ebulição da água e TF, temperatura de fusão:

Razão de transformação da escala Celsius:


Razão de transformação da escala Fahrenheit:


Razão de transformação da escala Kelvin:



Exercícios

Exercício 1
(ITA)

O verão de 1994 foi particularmente quente nos Estados Unidos da América. A diferença entre a máxima temperatura do verão e a mínima do inverno anterior foi de 60ºC. Qual o valor dessa diferença na escala Fahrenheit?

Ilustração: Rapaz corpulento de camiseta, short e tênis acenando

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