Vamos iniciar nossos estudos com a diferenciação dessas duas grandezas físicas escalares, temperatura e calor.
Temperatura é a medida de agitação de átomos e moléculas. Quanto maior a velocidade de translação das moléculas, maior será a temperatura da substância.
Quando, em um sistema, há dois corpos com diferentes temperaturas, haverá transferência de energia, do corpo com maior temperatura para o corpo com menor temperatura. Essa energia é o calor.
A transferência cessa quando não há mais diferença de temperatura. Nesse momento, podemos dizer que o sistema alcançou o equilíbrio térmico.
“Se três sistemas apresentam-se isolados de qualquer outro universo externo, e, dois sistemas consecutivos estiverem em equilíbrio térmico com o terceiro, então os dois sistemas consecutivos estarão em equilíbrio térmico entre si”. Essa é a Lei Zero da Termodinâmica.
O instrumento que mede a temperatura de uma substância (em nível macroscópico) é o termômetro. O 1º termômetro foi inventado por Galileu, no final do século XVI. Eram chamados de termoscópios.
Quando a temperatura aumentava, o líquido subia. Quando diminuía, o líquido descia. Então, para medir essas variações de temperatura dos dias, por exemplo, bastava fazer marcações equidistantes no tubo.
Os termômetros usados hoje em dia para medir a temperatura do corpo de uma pessoa é um termoscópio graduado em uma escala termométrica (graus Celsius, por exemplo), constituído por um tubo capilar de vidro, fechado a vácuo, e um bulbo, contendo mercúrio. O mercúrio é ideal para essa função porque é o único metal líquido na temperatura ambiente. Por ser metal, tem boa condução de calor, sofrendo dilatação em um curto intervalo de tempo. O bulbo do termômetro também é feito de metal, para que a transferência de calor do corpo para o termômetro seja feita rapidamente, e, em poucos minutos, ocorra o equilíbrio térmico. Assim, a temperatura do termômetro é a mesma do corpo.
Existem várias escalas termométricas. As mais famosas são: Celsius, Fahrenheit e Kelvin. Os pontos fixos das escalas serão as temperaturas de fusão e de ebulição da água, no nível do mar.
A escala Fahrenheit é usada nos EUA, por exemplo. Já a escala Kelvin, usada no S.I., foi desenvolvida pelo físico irlandês William Thomson (Lorde Kelvin) que chegou à conclusão de que havia uma temperatura mínima possível, que recebeu o nome de zero absoluto (0 K, lê-se zero Kelvin, e não zero grau Kelvin) e seria atingida quando todas as partículas de um corpo estivessem imóveis.
Em 1925, Einstein e Bose previram que certo tipo de partículas, chamadas de bósons, quando submetidas a baixas temperaturas (próximas de 0 K), formariam um novo estado da matéria (como sólido, líquido e gasoso). O primeiro condensado de bósons foi produzido em um laboratório na Universidade do Colorado, em 1995. A temperatura chegou na ordem de 10-7 K. Esse novo estado da matéria ficou conhecido como condensado de Bose-Einstein.
Voltando às escalas, temos que saber como podemos transformar a leitura de uma escala para outra.
CELSIUS E FAHRENHEIT
Podemos ver, através das escalas, que 32º F equivalem a 0º C e que 212º F equivalem a 100º C. Podemos, então, fazer um gráfico F × C.
32 = a0 + b
212 = a100 + b
Na 1ª equação, podemos tirar que b = 32, então:
Observação: O coeficiente angular mede a variação em graus Fahrenheit em relação à variação em graus Celsius:
KELVIN E CELSIUS
Essa relação é mais simples. Note que, na escala Kelvin, os valores são 273 a mais que na escala em graus Celsius. Então:
C = K – 273
Perceba que a variação na escala Kelvin é a mesma que na escala Celsius, ou seja, ∆°C = ∆K. Note também que 0 K equivale a –273° C.
Exemplo 1: 86 K equivale a qual valor na escala Celsius?
Resolução:
Exemplo 2: Uma pessoa está com febre. Sua temperatura variou 2° C. Qual seria essa variação em °F e em K?
Resolução:
Δ°F = 1,8Δ°C ∴ Δ°F = 1, 8, 2 = 3,6°FΔ°C = ΔK ∴ ΔK = 2 K
Exemplo 3: Em certa escala X, a água, no nível do mar, sofre fusão à temperatura de 20° X e sofre ebulição a 80° X. Qual o valor numérico de 68° X na escala °C?
Resolução:
Temos que:
20 = a0 + b
80 = a100 + b
Logo:
80 = 100a + 20 ∴ a = 0,6 ∴ X = 0, 6C + 2068 = 0,6C + 20 ∴ C = 80°C
