Qual é a temperatura em que as indicações das escalas Celsius e Fahrenheit?

O movimento das partículas que constituem a matéria não é ordenado, é caótico (aleatório) e é chamado de agitação molecular. A medida do grau de agitação das moléculas é determinada por uma grandeza denominada temperatura.
Temos que quanto maior for o grau de agitação das moléculas maior será a temperatura do corpo.

Existem, oficialmente, três escalas termométricas:

A escala Absoluta

O físico inglês Willian Thomson (1824-1907), mais conhecido pelo seu título de nobreza, Lord Kelvin, foi quem estabeleceu pela primeira vez a existência teórica de uma situação na qual as partículas da matéria estariam totalmente desprovidas de energia e, portanto, estariam paradas.

A essa situação teórica, que se sabe atualmente ser inalcançável na prática, se deu o nome de zero absoluto e associou a ela a temperatura igual a zero. Por esse motivo, a escala kelvin é denominada de escala absoluta. O kelvin é a escala fundamental da temperatura termodinâmica, e seus instrumentos de medidas (termômetros) estão, normalmente, graduados com os pontos de fusão do gelo a 273 K e o ponto de ebulição da água a 373 K, considerando as condições normais de pressão.

As escalas relativas

A escala Celsius, a mais utilizada na prática, tem unidade (tamanho de cada divisão da escala) igual ao kelvin, sendo denominada grau Celsius (ºC). Porém, nessa escala adota-se a temperatura de 0º C, como sendo a temperatura de fusão do gelo. Consequentemente, a temperatura de ebulição da água corresponde a 100º C, pois entre o ponto de fusão do gelo (273 K) e o ponto de ebulição da água (373 K), existem 100 kelvins e, portanto, 100 graus Celsius.

Assim, a conversão entre as escalas kelvin e Celsius é dada pela equação:

TK = Tc + 273

Ou seja, os valores entre as duas escalas estão separados por 273 unidades.

Outra escala de uso comum, principalmente nos países de língua inglesa, é a escala Fahrenheit, na qual o valor 32 corresponde ao ponto de fusão do gelo e o valor 212, ao ponto de ebulição da água, sob condições normais de pressão.
O intervalo entre as duas temperaturas é dividido em 180 partes, cada uma constitui uma unidade dessa escala, denominada grau Fahrenheit.

A relação entre as escalas kelvin, Celsius e Fahrenheit é dada pela equação:

Onde:
TC é a temperatura na escala Celsius
TF é a temperatura na escala Fahrenheit
TK é a temperatura na escala kelvin.

Temperatura é a grandeza escalar que determina o estado de vibração das moléculas de um corpo, mostrando se um objeto está quente ou frio. Se a vibração molecular é intensa, a temperatura de um corpo é alta e o objeto fica quente. Quanto menor a vibração molecular, menor é a temperatura e mais frio o objeto está.

Temperatura é diferente de calor!

O calor é a quantidade de energia que flui entre dois corpos em razão da diferença de temperatura entre eles. Quando dois objetos com temperaturas diferentes são colocados em contato, flui energia do corpo de maior para o de menor temperatura a fim de equilibrar o estado de vibração molecular e atingir o chamado equilíbrio térmico.

Transformação de temperatura

Os termômetros são os instrumentos de medida que determinam a temperatura de um corpo por meio de uma escala termométrica. Atualmente existem três escalas termométricas em uso:

Escala Celsius:essa escala foi elaborada pelo astrônomo e físico Anders Celsius (1701-1744). Os pontos de fusão e ebulição da água nessa escala são, respectivamente, 0 °C e 100 °C.

Escala Fahrenheit: construída em 1708 pelo alemão Daniel Gabriel Fahrenheit (1686-1736), a escala Fahrenheit tem como referências a temperatura normal do corpo humano e a temperatura de uma mistura de gelo e cloreto de amônia. Nessa escala termométrica, os pontos de fusão e ebulição da água são, respectivamente, 32°F e 212 °F.

Escala Kelvin: elaborada pelo físico William Thompson (1824-1907), conhecido como Lorde Kelvin, essa escala é fundamentada na ideia do zero absoluto, isto é, a temperatura em que a vibração molecular cessa. Nessa escala, os pontos de fusão e ebulição da água são, respectivamente, 273 K e 373 K.

Como cada escala foi construída com um determinado parâmetro, elas registram a mesma temperatura por meio de valores distintos. Repare que os valores 100 °C, 212 °F e 373 K representam o mesmo estado de vibração molecular, indicando que a água está em seu ponto de ebulição, portanto, esses três valores representam a mesma temperatura, mas estão escritos em escalas termométricas diferentes.

A equação a seguir serve para transformar qualquer valor de temperatura entre as escalas termométricas.

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Os termos da equação acima são:

TC = Temperatura na escala Celsius;

TF = Temperatura na escala Fahrenheit;

TK = Temperatura na escala Kelvin.

Imagine a seguinte situação: um adulto está com sinais que indicam estado febril, então, uma enfermeira afere sua temperatura e encontra o valor 104 °F no único termômetro disponível no momento. O estado desse indivíduo é ou não grave?

A partir da equação de transformação de temperatura, podemos encontrar o valor na escala Celsius referente a 104 °F.

Conclui-se que o estado da criança é grave, pois sua temperatura corporal é de 40°C.

Variação de temperatura

Imagine que um determinado corpo tenha sua temperatura elevada de 10 °C para 60 °C. Nesse caso, houve um aumento de 50 °C na temperatura desse objeto. Dizemos que a variação de temperatura sofrida pelo corpo foi de 50°C, e isso pode ser determinado matematicamente por meio da diferença entre o valor final e o valor inicial de temperatura (60 – 10 = 50).

Como as escalas Celsius e Kelvin possuem 100 intervalos cada uma, elas sempre apresentam a mesma variação, ou seja, se os valores 10°C e 60°C estivessem escritos na escala Kelvin, a variação de temperatura seria de 50 K. A escala Fahrenheit possui 180 intervalos (212 – 32 = 180), por isso, se os referidos valores na escala Celsius estivessem escritos em Fahrenheit, a variação não corresponderia a 50 °F.

Utilizando a equação de transformação entre as escalas, temos que o valor 10 °C corresponde a 50 °F e que o valor 60 °C corresponde a 140 °F. Portanto, a variação correspondente da escala Fahrenheit seria de 90 °F (140 – 50 = 90).

A equação a seguir determina a variação de temperatura sofrida entre as escalas termométricas e não deve ser confundida com a equação de transformação entre as escalas.

Por meio dessa equação, não precisaríamos ter transformado os valores iniciais de Celsius para Fahrenheit e, depois, fazer a subtração. Sabendo que a variação de temperatura na escala Celsius foi de 50 °C, poderíamos escrever:

Em qual temperatura a indicação da escala Celsius coincide com a da escala Fahrenheit?

Qual é a temperatura em que as indicações das escalas Celsius?

Em qual temperatura absoluta as escalas de temperatura Celsius e Farenheit?

Qual é a temperatura em que as escalas Celsius e Fahrenheit marcam o mesmo valor?