Aula 2.0 - Escalas termométricas

Aula de Felipe Martins

Revisado por Pedro Tsuchie

 

Esta será a primeira aula sobre termodinâmica e começaremos falando sobre temperatura.

Temperatura é uma propriedade de um corpo e por toda a história humana ela foi expressa em diversas escalas diferentes. Você já provavelmente ouviu na televisão ou na sua casa alguém falando quão quente ou frio está dizendo, por exemplo, "está 30\rm{^ \circ } lá fora". Em qual escala isto está? Usualmente, na maioria dos países, usa-se a escala Celsius. Então, estaríamos falando de 30 \rm{^ \circ C}. Agora estudaremos as relações entre as diversas escalas.

Escala Celsius

Esta é a mais usual e é denotada como já mostrado por "\rm{^ \circ C}". Nesta escala o zero corresponde à temperatura de congelamento da água e cem graus corresponde à temperatura de ebulição da água; sempre levando em consideração a pressão atmosférica.  

Temperatura em Kelvin

Esta é a mais usual em laboratórios e locais de trabalho de cientistas. Também é conhecida como a "Escala Absoluta", e é a unidade do SI para temperaturas. É denotada por "K". Sem o \rm{^ \circ }. Nesta escala o zero corresponde à menor temperatura que pode ser teoricamente atingida. Se chamarmos a temperatura em Celsius de C e a em Kelvin de K, temos a seguinte relação:

K=C-273.15

As vezes, ignoramos a parte decimal.

Temperatura em Farenheit

Esta escala é usada em países como Estados Unidos e Belize. Ela continua a ser razoavelmente importante e é também cobrada comumente em provas. É denotada por "\rm{^ \circ F}". Nesta escala a temperatura de congelamento da água é de 32\rm{^ \circ }F e a de ebulição é de 212\rm{^ \circ }F. Para transformarmos para celsius:

 C=5\frac{F-32}{9}

Observações importantes

Variações de temperatura: Variações de temperatura são muito utilizadas na termodinâmica então precisamos saber lidar com elas. Para a conversão de variações de temperaturas, utilizamos a mesma equação descartando as constantes aditivas, como você pode mostrar no exercício X.

Qual escala utilizar: Para evitar qualquer tipo de erro lembre-se: as fórmulas termodinâmicas sempre funcionam para Kelvin. Ou seja, você sempre poderá utilizar a escala Kelvin, já que faz parte do SI. Muitas vezes Celsius também funciona, pois ,como dito anteriormente, boa parte das fórmulas lida com variações de temperaturas. A escolha certa de escala é muito importante na parte de gases, em que utilizar Kelvin é obrigatório.

Por que escalas diferentes podem dar resultados incompatíveis: Quando usamos km ao invés de m, esperamos que nossa resposta não esteja errada, apenas em outra unidade. Porém, na utilização de escalas termométricas podemos chegar em coisas como volume negativo ou pressão negativa. Isso se deve ao fato de que as escalas não são proporcionais por conta dos termos constantes aditivos.

Como encontrar as relações entre escalas: Para encontrarmos relações entre as escalas estabelecemos regras de três, que será bastante explorada nos exercícios.

Diferença entre calor e temperatura: Mesmo que utilizados como sinônimos no dia a dia, o calor é energia térmica em trânsito e temperatura discutiremos à seguir.

Noções básicas de temperatura

A temperatura é algo muito ligado ao nosso dia a dia, mas muitos não compreendem seu verdadeiro significado. A temperatura é medida no macro, mas reflete o micro. Ou seja, medimos a temperatura com um termômetro(no macro) mas ela nos dá informações sobre o que está ocorrendo com as partículas (micro) do sistema analisado. Podemos entender a temperatura com0 sendo relacionada a energia cinética média das partículas. Por conta disso, a escala absoluta é o Kelvin, não faz sentido falarmos em energia cinética negativa, ao menos fora da mecânica quântica. Além disso a temperatura rege um dos processos mais comuns no meio ambiente: a transferência de calor. De fato, sabemos que o calor flui do "quente" para o "frio".

Considerações finais

Escalas termodinâmicas não costumam cair em provas de olimpíada diretamente, mas muitas vezes a conversão é necessária no caminhar do exercício. Dessa forma, busque exercitar com os exercícios desta aula.