1) A temperatura normal do corpo humano é cerca de 36 oC. Qual a leitura que a escala Fahrenheit fornece para essa mesma temperatura? E a Kevin?
Devemos fazer o esquema matemático:
substituindo o C = 36 e resolver as equações formadas e então teremos:
Para F, temos:
5F – 5 x 32 = 9 x 36
5F – 160 = 324
5F = 324 + 160
5F = 484
F = 484/5
F = 96,8 oF.
Para K, temos:
K – 273 = 36
K = 36 + 273
K = 309 K.
2) Na Inglaterra e nos Estados Unidos é utilizada a escala termométrica Fahrenheit em homenagem ao físico Daniel Gabriel Fahrenheit (1686-1736) e que tem uma correspondência com a escala Celsius. Um brasileiro viajou para os Estados Unidos e chegando lá percebeu que o termômetro marcava 95 °F. Qual das conclusões abaixo podemos tirar?
(A) O viajante estava com frio!
(B)
O viajante estava com calor!
(C) O viajante estava com uma sensação
amena!
(D) Não existe uma temperatura conclusiva!
Fazer o esquema matemático e substituindo F = 95, temos:
Logo, o viajante esta com calor! (B).
Importante saber:
1) A escala Celsius (ou
centígrada) é usada na maioria dos países. Nessa escala, a água congela a 0 oC
e ferve a 100 oC.
2) Na escala Fahrenheit,
adotada nos Estados Unidos, 32 oF é o ponto em que a água congela e
212 oF a medida em que ferve.
3) A única escala de
temperatura que não tem valores negativos é a Kelvin.
4) Ao contrário de Celsius e
Fahrenheit, as temperaturas descritas em Kelvin não vêm acompanhadas de “graus”
antes. 0oC, por exemplo, é o mesmo que 273 K.
5) A temperatura mais baixa
possível é 0 K, também conhecida como “zero absoluto”.
Por volta de 1700, o físico
Isaac Newton havia sugerido a utilização de duas temperaturas como referência
para a construção de uma escala termométrica: a do corpo humano e a da
solidificação da água. Ele também propôs que o intervalo da escala entre esses
dois pontos fosse subdividido em doze unidades.
Fahrenheit misturou sal na
água para obter um ponto de solidificação mais baixo, e para este ponto
atribuiu o valor zero. Como segunda referência, atribuiu um valor máximo para a
temperatura do corpo humano. Para obter o valor exato da solidificação da água
pura, adaptou essas duas medidas. As pesquisas de Fahrenheit com termômetros
confirmaram que cada líquido possui um ponto de ebulição fixo e também que o
ponto de ebulição varia com a pressão. Em 1724 ele divulga sua descoberta e
esse termômetro feito de mercúrio revolucionou o sistema de medidas
termométricas e a escala Fahrenheit ainda hoje é usada nos países de língua
inglesa.
Só em 1742, que Anders Celsius
propôs a sua escala como conhecemos hoje, nos pontos de solidificação e
ebulição da água.
A escala Kelvin foi
proposta em 1864 pelo físico e engenheiro irlandês William Thomson, o qual
também era conhecido como Lord Kelvin. Ele acreditava que era necessária
uma escala termométrica que pudesse atribuir a um material uma total
ausência de movimentação de suas partículas, o que ele chamou de zero absoluto.
6) Julgue cada afirmativa abaixo como verdadeira (V) ou falsa (F):
a) Uma temperatura de 100 graus na escala Kelvin representa 20 graus na escala Celsius. ( )
b) O zero absoluto é a temperatura correspondente ao estado de agitação nula das partículas de um sistema. ( )
c) Os pontos fixos da escala Celsius são os pontos de fusão e ebulição da água. ( )
7) A preocupação com o efeito estufa tem sido cada vez mais notada, como o tão polêmico aquecimento global. O Rio de Janeiro registrou seu recorde de temperatura no inverno de 2020 no dia 12 de setembro: 40,4 oC, às 16h, em Santa Cruz, na Zona Oeste do Rio, segundo informações do Sistema Alerta Rio. O valor dessa temperatura em escala Kelvin é:
(A) 313,55.
(B) 307,15.
(C) 273,15.
(D) –307,15.
Principais pontos
·
Escala Celsius
·
Escala Fahrenheit
·
Escala Kelvin
·
Conversão de escala
Introdução
Existem
muitas grandezas físicas e químicas que dependem da temperatura, por exemplo,
as dimensões de materiais, a capacidade de conduzir corrente elétrica, a
mudança de cor de uma substância com a temperatura, entre outras.
Podemos,
então, construir uma enorme variedade de termômetros, dependendo da relação que
escolhermos usar.
Neste
artigo vamos abordar os termômetros comuns, baseados na variação do volume de
líquidos, normalmente mercúrio ou álcool.
Escalas
termométricas
Os
termômetros comuns indicam a temperatura pela altura de líquido interno em
relação a uma escala pré-definida e bem calibrada.
A
calibração se dá a partir de pontos de referência, normalmente o ponto de fusão
(congelamento) e o ponto de ebulição da água, respectivamente 0°C e 100°C.
As
três escalas mais usadas para a temperatura são o grau Celsius (°C), grau
Fahrenheit (°F) e Kelvin (assim mesmo, sem o grau como as outras duas escalas).
 |
Comparação entre as escalas Kelvin, ° Celsius e ° Fahrenheit. Crédito:
imagem modificada da imagem Air Conditioner With Thermometer Vectors.
Disponível em https://www.vecteezy.com/vector-art/97446-air-conditioner-with-thermometer-vectors.
Acesso em 18/09/18. |
Em 1714, o físico Daniel Fahrenheit aperfeiçoou os termômetros a álcool que existiam na época e construiu o primeiro termômetro a mercúrio.
Ele
escolheu como ponto inferior a temperatura de uma mistura de gelo, água e sal
no limite do congelamento. Para o ponto superior, escolheu a temperatura de um
homem sadio.
Fahrenheit
atribuiu o valor de 96°F para a temperatura do homem sadio e estabeleceu que o
gelo puro se funde a 32°F. Assim nascia a escala Fahrenheit. Ela é usada
atualmente nos países de língua inglesa, como os Estados Unidos e a Inglaterra.
Em
1742, o astrônomo Anders Celsius sugeriu que se usasse o zero como ponto de
fusão do gelo e 100 como ponto de ebulição da água. Celsius dividiu a escala em
100 partes iguais e chamou cada parte de "grau". Assim nasceu a
escala Celsius, que atualmente é adotada na maioria dos países, inclusive no
Brasil.
O
físico William Tomson (conhecido como Lord Kelvin) redefiniu a escala Celsius
durante seus estudos do comportamento dos gases.
Considerando
que a temperatura representa a energia média de movimento dos átomos e/ou
moléculas que compõem um corpo, não fazia sentido existirem temperaturas
negativas, visto que não existe energia de movimento negativa.
Assim,
Kelvin criou a escala que mede a temperatura absoluta. Na escala Kelvin não
existem temperaturas negativas, sendo o zero absoluto a menor temperatura
possível. Ele é atingido apenas quando todos os movimentos moleculares cessam;
o que é impossível de acontecer atualmente, mesmo com toda a tecnologia
presente.
A
escala Kelvin é usada pela comunidade científica, e faz parte do Sistema
Internacional de Unidades, que a define como a escala de temperatura absoluta.
Na
tabela abaixo é possível comparar os valores dos pontos de fusão e de ebulição
da água nas três escalas.
|
Escala |
Ponto de fusão |
Ponto de ebulição |
|
Celsius |
0° |
100° |
|
Fahrenheit |
32° |
212° |
|
Kelvin |
273 |
373 |
Tabela
1: Pontos de fusão e de ebulição da água em diferentes escalas termométricas.
Conversão
de escala
Podemos
converter facilmente a temperatura de uma escala para outra. Para tanto basta
aplicarmos as regras de proporcionalidade de segmentos. Veja o exemplo a
seguir:
Converta
20°C para °F.
O
primeiro passo é colocar o esquema dos dois termômetros lado a lado, mostrando
os valores dos pontos de fusão e de ebulição da água em cada um, além da
temperatura que se quer converter. Veja a Figura 2:
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Figura
2: Termômetros Celsius e Fahrenheit lado a lado para conversão de temperatura.
Crédito: imagem construída por Ana Lúcia C. F. Souto a partir da imagem de
Walta, CC-BY-AS-3,0. Disponível em https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Thermometer_B.jpg .
Acesso em 18/09/18.
Após isso basta construir as relações dos segmentos proporcionais. Mostramos no Figura 3 os segmentos que serão considerados em laranja e em azul.
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Figura
3: Termômetros Celsius e Fahrenheit lado a lado para conversão de temperatura,
mostrando os segmentos que serão considerados. Crédito: imagem construída por
Ana Lúcia C. F. Souto a partir da imagem de Walta, CC-BY-AS-3,0. Disponível
em https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Thermometer_B.jpg .
Acesso em 18/09/18. |
Podemos
montar o esquema matemático considerando que a relação entre os segmentos
mostrados em laranja é igual à relação entre os segmentos em azul, ou seja:
Assim temos que 20°C equivalem a 68°F.
Podemos
converter temperaturas entre as três escalas repetindo esse procedimento.
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