Temperatura
Temperatura é a grandeza física que mede o grau de agitação térmica, ou energia cinética, translacional, rotacional e vibracional dos átomos e moléculas que constituem um corpo. Quanto maior for a agitação das moléculas, maior será a sua temperatura.
Além disso, o estado físico da matéria está relacionado com sua temperatura. Na escala macroscópica, a agitação térmica afeta a velocidade, bem como as distâncias entre os átomos e moléculas de um corpo; desse modo, o efeitos percebidos são as mudanças de estado físico.
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O que é temperatura?
Temperatura é uma das grandezas fundamentais da física, medida em kelvin (K), de acordo com o sistema internacional de unidades. No entanto, existem diversas escalas de temperaturas, usadas para representar a agitação molecular, como a escala celsius (ºC) ou a fahrenheit (ºF), geralmente construídas com base nas mudanças de características que algumas substâncias apresentam a certas temperaturas, como seus pontos de fusão e ebulição.
Teoricamente, não existe um limite superior para a temperatura de um corpo, no entanto, existe um valor mínimo: 0 K, também conhecido como zero absoluto. Esse valor de temperatura corresponde ao estado de menor agitação térmica possível, no qual todos os átomos e até mesmo as partículas subatômicas devem encontrar-se estáticas, em completo repouso. Apesar de existir teoricamente, algumas imposições, como a terceira lei da termodinâmica, indicam que essa temperatura é simplesmente inalcançável.
A definição mais básica da unidade kelvin está diretamente relacionada à agitação molecular. A medida de 1 K foi inicialmente definida como a fração de 1/273 da temperatura do ponto triplo da água. Atualmente, a unidade de kelvin foi redefinida e escrita em termos da constante de Boltzmann. Hoje se entende que uma variação de 1 K é a mudança de temperatura capaz de provocar um aumento ou diminuição de energia interna igual a 1,380649.10-23 J, qual seja a substância.
Ao longo da história da termodinâmica, a temperatura já foi estudada e interpretada de maneiras distintas. Sua interpretação empírica, por exemplo, baseia-se exclusivamente na medida de propriedades físicas simples, como a altura de uma coluna de líquido. De acordo com essa interpretação, a temperatura relaciona-se com as mudanças dessas propriedades físicas, não obstante, tal compreensão não explica o que ela é de fato.
A interpretação teórica da temperatura, muito mais complexa, é baseada nos conhecimentos da física estatística, da teoria cinética e da mecânica quântica. De acordo com os argumentos teóricos, a temperatura pode ser determinada com base em outras grandezas, como a energia interna e a entropia.
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Escalas termométricas
As escalas termométricas são usadas para representar medidas de temperatura de acordo com propriedades físicas de diferentes materiais. A escala mais popular de todas, a escala celsius, por exemplo, baseia-se nos pontos de fusão (0 ºC) e ebulição da água (100 ºC).
Outra escala comum, usada em alguns países, é a escala fahrenheit. Essa escala foi criada com base em uma mistura de água, gelo e sal, em iguais proporções — a esse estado atribuiu-se a temperatura de 0 ºF. Ao estado em que havia iguais proporções de água e gelo, atribuiu-se a temperatura de 32 ºF. O terceiro ponto adotado por Daniel Fahrenheit foi o ponto de 96 ºF, correspondente à temperatura do corpo humano. Desse modo e até hoje, a escala Fahrenheit utiliza os pontos fixos de 32 ºF e 212 ºF, este correspondente à temperatura de fervura da água.
Observe a fórmula seguinte, nela se apresenta a relação que nos permite converter as diferentes escalas de temperatura, celsius, kelvin e fahrenheit, umas nas outras:
TC – temperatura em celsius
TF – temperatura em fahrenheit
TK – temperatura em kelvin
Caso tenha maior interesse no tema, leia nosso texto: Escalas termométricas.
Medidas de temperatura
A medida de temperatura só é feita quando se alcança o equilíbrio térmico. É por isso que devemos esperar certo tempo para aferirmos corretamente a temperatura do corpo humano, por exemplo. O instrumento utilizado para medir a temperatura é o termômetro.
Esse dispositivo é configurado com base em alguma propriedade física, como a altura de uma coluna de líquido, como o mercúrio ou, ainda, como a resistência elétrica de uma junção de lâminas metálicas. Esta última é usada em praticamente todos os termômetros eletrônicos.
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Calor e temperatura
Calor e temperatura são grandezas físicas distintas, apesar de serem intimamente relacionadas. Enquanto a temperatura é a medida da energia cinética das moléculas, o calor é a energia transferida entre corpos, em virtude de uma diferença de temperatura. Em outras palavras, o calor é o fluxo de energia entre sistemas termodinâmicos, até que se atinja a condição de equilíbrio térmico. Quer saber mais sobre esse tema? Leia nosso texto: Calor e temperatura.