Termologia física – escalas de temperatura

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Fala gurunauta, nesse artigo vamos falar sobre termologia física. Decerto, esse é um dos assuntos mais importantes dentro da física 2. Além disso, a termologia ainda torna-se parte indispensável para diversas matérias do curso de física e/ou engenharia. Tendo isso em vista, nesse artigo vamos estudar um pouco sobre a termologia, e além de fazermos uma introdução a área vamos ainda explicar as principais escalas termométricas.

O que é a termologia física ?

A termologia física consiste em uma área da física que concentra seus estudos na compreensão de efeitos térmicos e sua interação com a matéria. Em suma, é nessa área que o conceito de calor emerge como principal noção física.

De fato, diferentemente da Mecânica Newtoniana, a termologia inicia seus estudos através do conceito de calor, o qual definimos por: “Energia térmica em trânsito”. Consequentemente, diversos outras noções teóricas começam a fazer-se necessárias nesse contexto, a citar a temperatura. Decerto, a temperatura é algo primordial na termologia, e essa grandeza pode ser definida da seguinte forma

“A temperatura é a grandeza física que mede o grau de agitação molecular de um corpo.”

Por meio dessa definição, nós já conseguimos ter um vislumbre de como a termologia difere-se da mecânica Newtoniana. Com efeito, ao passo que começamos a introduzir grandezas que tangem o mundo microscópico (moléculas), adentramos numa escala de tamanho nova a qual as leis de Newton sequer fazem sentido. Afins de curiosidade, esse estudo da termologia culmina na chamada termodinâmica a qual é formulada através de experimentações (empirismo), todavia, após o surgimento da mecânica quântica essa área é reformulada e melhor compreendida por meio da mecânica estatística.

Entretanto, nesse artigo vamos nos focar nos conceitos primários da termologia física, em particular, na temperatura. Nesse contexto, vamos agora perpassar melhor esse assunto e obter formas de medir essa grandeza e relações entre essas medições.

Escalas termométricas

Agora que temos em mente a noção de temperatura e sua relação com a termologia é importante entendermos como podemos medir o grau de agitação molecular, isto é, a temperatura. Para isso, devemos conhecer um objeto chamado termômetro.

Um termômetro é construído tendo como base algumas informações:

  • Fixar dois pontos, esses serão o ponto em que a água entre em ebulição e o ponto em que a água solidifica-se,
  • Definir a separação de separação

essas informações formam o que chamamos de escala termométrica a qual esquematizamos a seguir

Esquematização dos elementos de uma escala termométrica na termologia física.
Figura 1. Esquematização dos elementos de uma escala termométrica.

Com base nisso, é possível construir uma escala conforme-se desejar. A propósito, é importante citarmos que a água é usada como referência, visto que muitas das suas propriedades são conhecidas. Tendo isso em vista, podemos agora nos ater as três principais escalas termométricas que mostramos na Figura 2.

Principais escalas termométricas vistas na termologia física.
Figura 2. Principais escalas termométricas. As temperaturas inferiores são os pontos de solidificação da água e as superiores os pontos de ebulição da água.

Essas escalas são construídas com separação de 100, 100 e 180 espaçamentos. Ademais, vale apena citar que a escala Kelvin é a escala adotada pelo sistema internacional de unidades como a escala de referência. A escala Fahrenheit é pouco usada, majoritariamente, seu uso é feito nos EUA, por outro lado, a escala Celsius é a escala de temperatura que usamos no Brasil.

Cálculo das temperaturas equivalentes

Agora, vamos explorar a relação entre as escalas de temperatura. Para isso, é interessante nos questionarmos sobre qual seria uma temperatura, por exemplo, na escala Celsius que seria equivalente na escala de Kelvin e Fahrenheit. Em suma, nosso problema é determinar as temperaturas TC, TK e TF indicadas na Figura 3.

Figura 3. Temperaturas equivalentes nas principais escalas termométricas.

Em geral, esse problema é facilmente resolvido por uma simples divisão. Todavia, você precisa ter em mente uma importante regra: “A parte dividida pelo todo”. Veja gurunauta, a ideia é assim, você vai escrever uma fração onde o numerador (parte de cima) terá um ponto de referência menos a sua temperatura de interesse (no caso será as TC, TK e TF). Por outro lado, no denominador dessa fração você colocará a subtração entre os pontos de ebulição e solidificação da água e assim terá a equivalência das temperaturas. Com efeito, você terá a seguinte igualdade

Relação entre temperaturas na termologia física.
Expressão 1. Equivalências das temperaturas nas escalas Celsius, Kelvin e Fahrenheit.

De posse da expressão 1, podemos determinar a relação da escala Celsius com Kelvin e Fahrenheit explicitamente. Com efeito, para a escala Kelvin obtemos a seguinte relação.

No entanto, é possível ainda obter um fato interessante associado a variação das temperaturas dessas escalas que é a seguinte

ou seja, a variação da temperatura seja na escala Celsius ou Kelvin é a mesma. Por outro lado, em relação a escala fahrenheit temos o seguinte

e assim obtemos a relação entre essas escalas.

Se gostou desse artigo gurunauta confere ainda esse texto aqui que pode super te ajudar. E claro, lembre-se sempre de contar com a MeuGuru para te ajudar nos perrengues universitários.

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