Celsius, Fahrenheit e Kelvin – o que são e como converter escalas termométricas Celsius, Fahrenheit e Kelvin – o que são e como converter escalas termométricas

Celsius, Fahrenheit e Kelvin – o que são e como converter escalas termométricas

Como existem três escalas termométricas – Celsius, Fahrenheit e Kelvin – em uso pelo mundo e utilizadas para representar a temperatura em diferentes unidades, é muito importante conhecê-las e saber fazer a conversão de temperatura entre elas. Essas escalas utilizam como padrão os pontos de fusão e de ebulição da água, mas vamos entender melhor isso adiante.

Para quem vai prestar o Enem (Exame Nacional do Ensino Médio), esse é um tema que pode aparecer na prova de Ciências da Natureza e suas Tecnologias. Quer saber mais sobre o assunto? Siga a leitura! 😊

Termometria

A termometria é uma parte da termologia que estuda a temperatura e as formas pelas quais ela pode ser medida. Para entendermos a termometria propriamente dita, vamos conhecer os três estados físicos de uma substância.

  • Sólido: uma substância que se encontra no estado sólido possui forma definida, independendo do recipiente em que ela é colocada. Por exemplo: um gelo em um copo ou em uma jarra manterá a sua forma e o seu volume. Entre as suas moléculas, agem intensas forças coesivas justificando a estrutura molecular, onde elas se encontram mais próximas umas das outras.
  • Líquido: nesse estado, a substância assume uma forma de acordo com o recipiente em que é colocada. Assim como o sólido, o estado líquido possui volume invariável, mas suas moléculas estão mais “livres” em relação ao estado sólido.
  • Gasoso: as moléculas se encontram totalmente separadas uma das outras. Sua forma e seu volume são definidos unicamente em relação ao recipiente em que a substância gasosa está contida.

Agora que você já sabe esses conceitos, podemos falar especialmente da termometria. O primeiro ponto importante que devemos destacar é o de temperatura. A temperatura é uma grandeza física escalar associada ao grau de agitação molecular de um sistema.

Ou seja, o grau de agitação térmica molecular não pode ser medido diretamente, por isso, a medição da temperatura é feita indiretamente medindo as grandezas físicas – tudo o que pode ser medido – que variam com ela, por exemplo, pressão e volume. Vale ressaltar que a sensação térmica é uma forma de medição imprecisa da temperatura.

Quando falamos em estado físico, percebemos que a temperatura do estado sólido, líquido e gasoso estão relacionados da seguinte forma: T sólido < T líquido < T gasoso, uma vez que as moléculas dos gases estão mais agitadas em relação às substâncias líquidas e sólidas.

Quais as diferenças entre calor e temperatura?

Ambos são conceitos da termologia, uma área da física. O calor é a energia transferida de um corpo para outro quando existe diferença de temperatura. Já a temperatura está relacionada com o nível de agitação de moléculas.  

Por exemplo: ao colocarmos gelo no suco, as moléculas do suco estão mais agitadas que as do gelo. Por isso, dizemos que a temperatura do suco é maior que a do gelo ou que o suco é mais quente que o gelo. Quando colocamos eles em contato, ocorre transferência de energia e, consequentemente, o gelo esquenta e o suco esfria.

Outra diferença é que o calor é compreendido a partir do trânsito de energia entre corpos e pode ser medido em calorias (cal) ou joules (j). Já a temperatura é medida em graus Celsius (°C), Fahrenheit (°F) ou Kelvin (K).

O conceito de calor representa a energia calorífica, a capacidade de um corpo de maior temperatura transmitir parte dessa energia para outros de menor temperatura. Do outro lado, o conceito de temperatura representa a agitação das moléculas ou átomos de uma substância – quanto mais quente, maior é a movimentação dos átomos e das moléculas, quanto mais frio, menor esse movimento.

Como medir a temperatura?

A noção de temperatura é antiga e nasce da ideia de senso comum de medir quão frio ou quente está um corpo em diferentes estados térmicos. A temperatura é medida por meio do grau de agitação das moléculas de um sistema, sendo assim, não podemos fazer a medição diretamente, pois é necessário estabelecer padrões observando as alterações dos objetos analisados, como os efeitos da dilatação térmica e a resistência elétrica.

Para isso, utilizamos os termômetros como instrumentos para medir a temperatura de um corpo, existindo vários deles com os mais variados processos de medição.

O Termômetro

O termômetro é um aparelho capaz de informar o grau de agitação de um determinado corpo ou meio. No entanto, os termômetros podem utilizar escalas diversas para tal informação. Esse objetivo é composto por uma haste metálica e um bulbo (que contém a substância termométrica).

Alguns exemplos de termômetros são: bimetálico, de gás, infravermelho, de radiação, entre outros. Os mais comuns são os clínicos de vidro, nos quais o mercúrio é a substância termométrica, conforme imagem a seguir:

Entendendo um termômetro

O que é escala termométrica?

As escalas termométricas são escalas para medir a temperatura, mostrando por meio de seus valores se um corpo está quente ou frio. Construir uma escala termométrica é algo fácil e, por isso, com o desenvolvimento dos estudos em termologia, no século XVIII, já existiram diversas escalas termométricas ao longo da história.

Atualmente, apenas três são utilizadas, sendo elas: Celsius, Fahrenheit e Kelvin. Essas escalas utilizam como padrão os pontos de fusão e de ebulição da água.

Qual a importância de identificar escalas termométricas?

As escalas termométricas estão presente no nosso cotidiano, como na gastronomia, na medicina e na meteorologia. Aqui no Brasil, frequentemente ouvimos falar que a temperatura de uma determinada região está 22°C (vinte e dois graus Celsius), por exemplo. Isso porque a escala que utilizamos é chamada de Celsius e é representada pela letra C maiúscula sempre após um sinal de grau (°).

As escalas não são um padrão em todos os países. Como falamos, no Brasil utilizamos a escala Celsius, mas em alguns países da Europa e nos Estado Unidos a escala utilizada é o Fahrenheit. Por outro lado, temos uma outra escala, chamada Kelvin, que é a mais utilizada nos meios científicos. (Relaxa, falaremos com detalhes de cada escala mais adiante!).

O conceito de temperatura é microscópico, ou seja, a temperatura mede a agitação das moléculas de um corpo. Quanto maior a agitação, maior será a sua temperatura. Mas, como medir essa agitação de forma direta? Por isso, as escalas termométricas se tornam tão importantes, pois foram desenvolvidas para resolver esse problema, funcionando com base nos estados físicos da matéria.

Como é formada uma escala termométrica?

Uma escala termométrica é composta por valores estabelecidos de forma arbitrária a partir de dois pontos fixos que se reproduzem sempre nas mesmas condições: a fusão do gelo e a ebulição da água, ambos sob pressão normal. Seu processo de construção é simples e envolve apenas dois passos.

Com um bulbo de vidro, onde há mercúrio, deve-se fazer o seguinte:

1) Marcação dos pontos fixos

Em condições normais de temperatura e pressão, a água sempre sofrerá fusão e ebulição nas mesmas temperaturas. Logo, deve-se unir o bulbo com mercúrio a uma certa quantidade de gelo em processo de fusão. Quando o nível do mercúrio dentro do bulbo for estabilizado, marca-se a posição do ponto de fusão. Em seguida, unindo o bulbo de vidro com água em ebulição, deve-se esperar a estabilização do nível de mercúrio e marcar o ponto de ebulição.

Sempre que o nível de mercúrio atingir um dos pontos marcados, é possível saber que a temperatura corresponde ao ponto de fusão ou ao de ebulição da água.

2) Atribuição de valores

Após a marcação dos pontos fixos, deve-se atribuir valores a cada um deles. Assim, estará criado um termômetro em uma determinada escala termométrica.

Quais são os pontos fixos de uma escala termométrica?

Com o objetivo de ajustar uma escala termométrica, adotam-se pontos de referência de estados térmicos bem definidos e de fácil obtenção, chamados de pontos fixos. O primeiro ponto fixo corresponde à temperatura de fusão do gelo e é chamado ponto do gelo. O segundo ponto fixo corresponde à temperatura de ebulição da água e é denominado de ponto de vapor.

Os pontos fixos servem como referência para medida de todos os outros valores de temperatura. Essa graduação é feita a partir de uma substância pura, no caso a água a uma pressão de 1 atm (atmosfera). O primeiro ponto fixo é obtido mergulhando o termômetro em um recipiente que contenha gelo em fusão.

Quais as escalas termométricas mais utilizadas no mundo?

Atualmente, são utilizadas três escalas termométricas: Celsius, Fahrenheit e Kelvin. Vamos conhecer no detalhe cada uma a seguir:

Escala Celsius


Criada em 1742 pelo físico sueco Anders Celsius, a escala Celsius (unidade °C), também conhecida como a escala centígrada, é a mais comum da escala termométrica do sistema métrico usada na maioria dos países do mundo. Essa escala é baseada na água pura e tem como pontos fixos os pontos de fusão do gelo (0 °C) e de ebulição da água (100 °C), em condições normais de pressão.

Anders colocou um termômetro dentro de uma mistura de água e gelo, em equilíbrio térmico, e, na posição que o mercúrio estabilizo, marcou o ponto zero. Depois, colocou o termômetro na água em ebulição e, quando o mercúrio estabilizou, marcou o ponto 100. Assim, estava criada a escala Celsius.

Sua vantagem era que ela poderia ser reproduzida em qualquer canto do planeta. Afinal, a nível do mar, a água sempre vira gelo e ferve no mesmo ponto, e, a partir de então, também na mesma temperatura.

Escala Fahrenheit


Ainda utilizada em poucos países (como Estados Unidos, Bahamas, Belize, Ilhas Caimão, Palau, Porto Rico, Guam e Ilhas Virgens Americanas), esta escala foi criada em 1724 pelo inventor do termômetro de mercúrio, Daniel Gabriel Fahrenheit. Para isso, ele escolheu dois pontos de partida, chamados atualmente de pontos fixos: os valores dos pontos de fusão (32°F) e de ebulição da água (212°F).

Inicialmente, ele colocou o termômetro, ainda sem nenhuma escala, dentro de uma mistura de água, gelo e sal de amônio. O mercúrio ficou estacionado em determinada posição, a qual ele marcou e chamou de zero. Depois, colocou este mesmo termômetro para determinar um segundo ponto, a temperatura do corpo humano. Quando o mercúrio novamente estacionou em determinada posição, ele a marcou e chamou de 100. Depois, foi só dividir o espaço entre o zero e o 100 em 100 partes iguais. Assim, estava criada a escala Fahrenheit.

Depois disso, quando Fahrenheit colocou o termômetro graduado numa mistura de água e gelo, obteve o valor de 32°F, e, quando o colocou em água fervendo, obteve o valor de 212°F. Portanto, na escala Fahrenheit, a água vira gelo a 32°F e ferve a 212°F.

Escala Kelvin


Tendo como referência a temperatura do zero absoluto, temperatura em que a vibração molecular cessa, a escala Kelvin é conhecida como escala absoluta e foi verificada pelo físico inglês William Thompson, conhecido como Lorde Kelvin. Esta escala tem como referência a temperatura do menor estado de agitação de qualquer molécula (0 K) e é calculada a partir da escala Celsius.

Diferentemente do grau Fahrenheit e do Celsius, o Kelvin não é referido e nem escrito como um grau. Por convenção, não se usa grau para esta escala, ou seja, 0 K lê-se zero kelvin e não zero grau kelvin.

Lord Kelvin atribuiu o valor zero à temperatura de – 273,15 °C, que corresponde à temperatura do zero absoluto. Assim, os pontos de fusão e de ebulição na escala Kelvin correspondem, respectivamente, a 273 K e 373 K. Essa escala não apresenta a notação grau (°) e é utilizada pela comunidade científica.

Relação entre as escalas termométricas

Cada escala termométrica foi construída com um determinado parâmetro e 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.

Escalas Termometricas

Conversão entre escalas termométricas

Como atualmente são usadas três escalas termométricas, é necessário fazer uma equação de conversão entre elas para que seja possível passar quaisquer valores de temperaturas de uma escala para outra. A equação a seguir serve para transformar qualquer valor de temperatura entre as escalas termométricas:

Conversao Entre Escalas Termometricas

Celsius e Kelvin

Celsius para Kelvin, Kelvin para Celsius:

A escala Kelvin é a mais utilizada em cálculos de química e física. Basta somar 273 ao valor atribuído na escala Celsius e obterá o resultado em Kelvin. No modo inverso, basta subtrair 273 da escala em Kelvin e poderá obter o valor em graus Celsius. TK = TC + 273, onde TK é temperatura em Kelvin e TC é temperatura em graus Celsius.

A diferença entre as escalas Celsius (C) e Kelvin (K) é o ponto 0. Assim, para fazer a conversão, basta somar 273:

Celsius Kelvin

Por exemplo, converter 37°C para a escala Kelvin:

K = C + 273
C = 37°C
K = 37 + 273
K = 310K

Tabela de conversão de temperaturas em graus Celsius e Kelvin

Algumas correspondências de temperaturas:

 

Escala Celsius (°C)

Escala Kelvin (K)

Ar liquefeito

-39

243

Maior temperatura na superfície da Terra

58

331

Menor temperatura na superfície da Terra

-89

184

Ponto de combustão da madeira

250

523

Ponto de combustão do papel

184

257

Ponto de fusão do chumbo

327

600

Ponto de fusão do ferro

1535

1808

Ponto do gelo

0

273,15

Ponto de solidificação do mercúrio

-39

234

Ponto do vapor

100

373,15

Temperatura na chama do gás natural

660

933

Temperatura na superfície do Sol

5530

5800

Zero absoluto

-273,15

0


Celsius e Fahrenheit

Celsius para Fahrenheit, Fahrenheit para Celsius:

Observando a figura do tópico anterior, vemos que a diferença entre os pontos de fusão e de ebulição da água representam a mesma variação de temperatura. Logo:

Celsius Fahrenheit exemplo 1

Simplificando, temos:

Celsius Fahrenheit exemplo 2

Vamos ao exemplo!

Converter 37°C para a escala Fahrenheit:

F = 1,8 x 37 + 32

F = 66,6 + 32

F = 98,6

Tabela de conversão de temperaturas em graus Celsius e Fahrenheit

Veja a tabela de algumas temperaturas:

 

Escala Celsius (°C)

Escala Fahrenheit (°F)

Ar liquefeito

-39

-38,2

Maior temperatura na superfície da Terra

58

136

Menor temperatura na superfície da Terra

-89

-128

Ponto de combustão da madeira

250

482

Ponto de combustão do papel

184

363

Ponto de fusão do chumbo

327

620

Ponto de fusão do ferro

1535

2795

Ponto do gelo

0

32

Ponto de solidificação do mercúrio

-39

-38,2

Ponto do vapor

100

212

Temperatura na chama do gás natural

660

1220

Temperatura na superfície do Sol

5530

10000

Zero absoluto

-273,15

-459,67


Kelvin e Fahrenheit

Kelvin para Fahrenheit, Fahrenheit para Kelvin:

Para converter da escala Kelvin para Fahrenheit, podemos converter de Celsius para Kelvin e, então, para Fahrenheit ou usar a fórmula:

Kelvin Fahrenheit

Tabela de conversão de temperaturas em graus Kelvin e Fahrenheit

Algumas correspondências de temperaturas:

 

Escala Fahrenheit (°F)

Escala Kelvin (K)

Ar liquefeito

-38,2

243

Maior temperatura na superfície da Terra

136

331

Menor temperatura na superfície da Terra

-128

184

Ponto de combustão da madeira

482

523

Ponto de combustão do papel

363

257

Ponto de fusão do chumbo

620

600

Ponto de fusão do ferro

2795

1808

Ponto do gelo

32

273,15

Ponto de solidificação do mercúrio

-38,2

234

Ponto do vapor

212

373,15

Temperatura na chama do gás natural

1220

933

Temperatura na superfície do Sol

10000

5800

Zero absoluto

-459,67

0


Resumo de conversão de unidades

Nos simulados de física durante o cursinho ou até mesmo nos vestibulares é fácil cair em pegadinhas em que a pergunta está em uma grandeza e as opções de resposta em outra diferente. Pegadinha típica se dão em questões que misturam temperaturas em graus Celsius, Kelvin ou Fahrenheit.

Portanto, na hora da prova, é importante ter em mente que, para convertermos valores de temperaturas de uma escala para outra, basta colocarmos na fórmula o valor conhecido e calcularmos a incógnita. Confira a lista de fórmula que é necessário saber:

Conversao Entre Escalas

E para garantir que o conteúdo fixou bem, que tal relembrar as conversões?

Resumo Conversao

Além disso, confira o vídeo de conversão entre escalas termométricas.


Caiu no vestibular

Sim, esse é um assunto que sempre aparece nos principais vestibulares do país!

Calcular porcentagem de um valor e ter uma noção de conversão das escalas termométricas – no nosso caso principalmente, a escala Celsius – faz parte do nosso dia a dia, mesmo que a gente nem sempre perceba. Além disso, é um assunto que sempre cai nos vestibulares e prova do Enem. Para facilitar e ajudar ainda mais nos estudos, nós preparamos um compilado de questões para você inserir no seu cronograma de estudos.

Agora, é com você. Bons estudos! 😊

Download dos
Exercícios

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