Temperatura

Água congela a 0 ° C. O gelo que aparece aqui é de -17 ° C.

A Temperatura é um parâmetro físico (uma função de estado) descritivo de um sistema que vulgarmente se associa às noções de frio e calor, bem como às transferências de energia térmica, mas que se poderia definir, mais exatamente, sob um ponto de vista microscópico, como a medida da energia cinética associada ao movimento (vibração) aleatório das partículas que compõem o um dado sistema físico.

A diferença de temperatura permite a transferência da energia térmica, ou calor, entre dois ou mais sistemas. Quando dois sistemas estão na mesma temperatura, eles estão em equilíbrio térmico e não há transferência de calor. Quando existe uma diferença de temperatura, o calor é transferido do sistema de temperatura maior para o sistema de temperatura menor até atingir um novo equilíbrio térmico. Esta transferência de calor pode acontecer por condução, convecção ou radiação (veja calor para obter mais detalhes sobre os diversos mecanismos de transferência de calor). As propriedades precisas da temperatura são estudadas em termodinâmica. A temperatura tem também um papel importante em muitos campos da ciência, entre outros a física, a química e a biologia.

A temperatura é diretamente proporcional à quantidade de energia térmica num sistema. Quanto mais energia térmica se junta a um sistema, mais a sua temperatura aumenta. Ao contrário, uma perda de calor provoca um abaixamento da temperatura do sistema. Na escala microscópica, este calor corresponde à transmissão da agitação térmica entre átomos e moléculas no sistema. Assim, uma elevação de temperatura corresponde a um aumento da velocidade de agitação térmica dos átomos.

Muitas propriedades físicas da matéria como as suas fases ( estado sólido, líquido, gasoso, plasma ou condensado de Bose-Einstein), a densidade,a solubilidade, a pressão de vapor e a condutibilidade elétrica dependem da temperatura. A temperatura tem também um papel importante no valor da velocidade das reações químicas. É por isso que o corpo humano possui alguns mecanismos para manter a temperatura a 37°C, visto que uma temperatura um pouco maior pode resultar em reações nocivas à saúde, com conseqüências sérias. A temperatura controla também o tipo e a quantidade de radiações térmicas emitidas pela área. Uma aplicação deste efeito é a lâmpada incandescente, em que o filamento de tungstênio é aquecido eletricamente até uma temperatura onde uma quantidade notável de luz visível é emitida.

A temperatura é uma propriedade intensiva de um sistema, o que significa que ela não depende do tamanho ou da quantidade de matéria no sistema. Outras propriedades intensivas são a pressão e a densidade. Ao contrário, massa e volume são propriedades extensivas e dependem da quantidade de material no sistema.

Unidades de temperatura

A unidade básica de temperatura é o kelvin (K). Um kelvin é rigorosamente definido como sendo 1/273,15 da temperatura do ponto triplo da água (o ponto onde água, gelo e vapor de água coexistem em equilíbrio) . A temperatura 0K é chamada zero absoluto e corresponde ao ponto onde as moléculas e átomos possuem a menor quantidade possível de energia térmica.

Conversão de algumas escalas termométricas

Conversão de	para	Fórmula
Celsius	Fahrenheit	°F = °C × 1.8 + 32
Celsius	kelvin	K = C° + 273.15
Celsius	Rankine	°Ra = °C × 1.8 + 32 + 459.67
Celsius	Réaumur	°R = °C × 0.8
kelvin	Celsius	°C = K - 273.15
kelvin	Fahrenheit	°F = K × 1.8 - 459.67
kelvin	Rankine	°Ra = K × 1.8
kelvin	Réaumur	°R = (K - 273.15) × 0.8
Fahrenheit	Celsius	°C = (°F - 32) / 1.8
Fahrenheit	kelvin	K = (°F + 459.67) / 1.8
Fahrenheit	Rankine	°Ra = °F + 459.67
Fahrenheit	Réaumur	°R = (°F - 32) / 2.25
Rankine	Celsius	°C = (°Ra - 32 - 459.67) / 1.8
Rankine	Fahrenheit	°F = °Ra - 459.67
Rankine	kelvin	K = °Ra / 1.8
Rankine	Réaumur	°R = (°Ra - 32 - 459.67) / 2.25
Réaumur	Celsius	°C = °R × 1.25
Réaumur	Fahrenheit	°F = °R × 2.25 + 32
Réaumur	kelvin	K = °R × 1.25 + 273.15
Réaumur	Rankine	°Ra = °R × 2.25 + 32 + 459.67

Para aplicações diárias, é sempre conveniente utilizar a escala Celsius, na qual 0º corresponde à temperatura onde a água congela e 100º corresponde ao ponto de ebulição da água ao nível do mar. Nesta escala, a diferença de temperatura de 1 grau é a mesma que 1 K de diferença de temperatura. A escala Celsius é essencialmente a mesma que a escala kelvin, porém com um deslocamento da temperatura de congelamento da água (273,16 K). Assim, a seguinte equação pode ser utilizada para converter Celsius em kelvin.

K = °C + 273.15

Nos Estados Unidos, a escala Fahrenheit é geralmente utilizada. Nesta escala, o ponto de congelamento da água corresponde a 32ºF e o ponto de ebulição a 212ºF. A seguinte fórmula pode ser utilizada para converter Fahrenheit para Celsius:

°C = 5/9 · (°F - 32)

Outras escalas de temperatura são o Rankine e o Réaumur.

Distribuição da temperatura

Em todo ambiente é preciso considerar a temperatura externa. No ambiente aquático, a temperatura não desce abaixo do ponto de congelação em condições naturais. Portanto, isto significa que a temperatura da água não é nunca inferior a 0ºC e nos oceanos nunca desce além de -2,5ºC.

A temperatura aquática varia sempre dentro dos limites de tolerância para muitos animais e vegetais.

Em alguns desertos já se observou 60ºC. Os solos dos mesmos, expostos aos raios solares, chega a 84º. Em águas de fontes termais, como, por ex., os geisers, já se assinalou quase 100º. Em oposição a isso, no Geofísico Internacional, os meteorologistas soviéticos localizaram um ponto a 640 km do Pólo Sul onde registraram -87ºC.

Mudanças de Temperatura

Aparelho atual que consegue medir a temperatura ambiente.

As mudanças de temperatura variam de ciclos da Astronomia e de ciclos climáticos. No ambiente aquático a passagem do sol à sombra origina uma variação inferior a 0,1ºC, até a profundidade de 5 metros. Já na superfície terrestre, há momentos em que a temperatura é 17ºC mais elevada durante o dia do que a noite. Nas regiões de deserto esta diferença pode atingir 40ºC. Algo interessante é o fato que a temperatura varia com a altura. Assim, comprova-se uma diminuição de aproximadamente 1ºC para cada 150 metros que se sobe . o desigual aquecimento horizontal e/ou vertical produz os movimentos da atmosfera que se manifestam por meio dos ventos. O ar aquece em todos os níveis, por causa da radiação solar que absorve e de maneira idêntica pode arrefecer em todos os níveis. Os raios ultravioletas também produzem aquecimento quando absorvidos.

Existe uma camada cuja temperatura não varia: a camada termoclina permanente.

Os fundamentos teóricos da temperatura

Definição da temperatura a partir princípio Zero da termodinâmica

Apesar de todo mundo ter uma compreensão básica do conceito de temperatura, sua definição precisa é um pouco complicada.Se dois sistemas com volumes constantes são postos em contato térmico, as propriedades de ambos os sistemas podem mudar. Estas mudanças são devidas à transferência de calor entre os sistemas. Quando o estado pára de mudar, o sistema está em equilíbrio térmico. Agora, podemos obter a definição da temperatura a partir do princípio da Lei zero da termodinâmica. O princípio zero da termodinâmica diz que se dois sistemas A e B estão em equilíbrio térmico e um terceiro sistema C está em equilíbrio térmico com o sistema A, então os sistemas B e C estão também em equilíbrio.Isso é um fato empírico, baseado mais sobre a observação do que sobre a teoria. Como A, B e C estão todos em equilíbrio térmico, é razoável se pensar que os sistemas têm o valor de uma propriedade em comum. Chamamos esta propriedade de temperatura. Em geral, não é prático pôr dois sistemas em equilibro térmico para verificar se eles estão à mesma temperatura. Também, daria só uma escala ordinal. Por isso, é útil estabelecer uma escala de temperatura baseada nas propriedades de um sistema de referência. Um dispositivo de medição pode ser calibrado com as propriedades do sistema de referência e utilizado, depois, para medir a temperatura do outros sistemas. Um tal sistema de referência é uma quantidade fixa de gases. A lei dos gases perfeitos indica que o produto da pressão pelo volume (P.V) de um gás é diretamente proporcional à temperatura:

$P.V=n.R.T$(1)

onde T é a temperatura, n é o número de mols de gases e R é a constante dos gases perfeitos. Assim, podemos definir uma escala de temperatura baseada sobre o volume e a pressão do gás correspondente. Em prática, um tal termômetro a gás não é muito prático, porém os outros instrumentos podem ser calibrados neste escala. A equação 1 indica que para um volume fixo de gás, a pressão aumenta junto com a temperatura. A pressão é só a medida da força aplicada pelo gás nas paredes do recipiente e é ligada à energia do sistema. Assim, pode-se ver que um aumento da temperatura corresponde a um aumento da energia térmica do sistema. Quando dois sistemas de temperatura diferente são postos em contato térmico, a temperatura do sistema mais quente diminui indicando que o calor esta saindo do sistema, e que o sistema mais frio ganha calor e aumenta em temperatura. Assim, o calor sempre se move da região de alta temperatura para a região de mais baixa temperatura, e é esta diferença de temperatura quem dirige a transferência de calor entre os dois sistemas.

Definição da temperatura a partir do Segundo Príncípio da termodinâmica

Last War eterno Peace Angels ^^ XD

${\frac {q_{C}}{q_{H}}}=f(T_{H},T_{C})$

$q_{13}={\frac {q_{1}q_{2}}{q_{2}q_{3}}}$

o que implica:

$q_{13}\;=\;f(T_{1},T_{3})\;=\;f(T_{1},T_{2})f(T_{2},T_{3}),$

${\frac {q_{C}}{q_{H}}}={\frac {T_{C}}{T_{H}}}$ (4)

Substituindo a equação 4 na equação 2, obtemos a relação do rendimento em termos de temperatura :

${\textrm {rendimento}}=1-{\frac {q_{C}}{q_{H}}}=1-{\frac {T_{C}}{T_{H}}}$ (5) ${\frac {q_{H}}{T_{H}}}-{\frac {q_{C}}{T_{C}}}=0$

onde o sinal negativo indica a calor retirado do sistema. Esta relação sugere a existência de uma função de estado, S, definida como :

$dS={\frac {dq_{\mathrm {rev} }}{T}}$ (6)

<

</math> (

${\frac {1}{T}}={\frac {dS}{dE}}$ (8)

O inverso da temperatura é a variação da entropia com a energia.

Medição da temperatura

Muitos métodos foram desenvolvidos para medir as temperaturas. Muitos deles são baseados sobre o efeito da temperatura sobre matérias. Um dos dispositivos mais utilizados para medir a temperatura é o termômetro de vidro. Consiste em um tubo de vidro contendo mercúrio ou um outro líquido. A subida da temperatura provoca a expansão do líquido, e a temperatura pode ser determinada medindo o volume do líquido. Tais termômetros normalmente são calibrados e assim podem mostrar a temperatura simplesmente observando o nível do líquido no termômetro. Um outro tipo de termômetro que não é muito prático mas é importante de ponto de visto teórico é o termômetro de gás. Outros instrumentos de medição da temperatura são:

• Termopares
• Termoresistências
• Termistores
• Pirômetros

Devemos ser prudentes quando medimos a temperatura e verificar que o instrumento de medição está realmente à mesma temperatura que o material a ser medido. Em algumas circunstâncias, o calor do instrumento de medição pode provocar um gradiente de temperatura de tal forma que a temperatura medida seja diferente da temperatura real do sistema. Nestes casos, a temperatura variará não só com a temperatura do sistema mas também com as propriedades de transferência de calor do sistema. Um caso extremo deste efeito é a sensação térmica, onde o tempo parece mais frio no vento que por tempo calmo mesmo quando as condições de temperatura são as mesmas. O que acontece é que o vento aumenta a velocidade de transferência de calor do corpo, tendo como efeito uma grande redução da temperatura do corpo para uma mesma temperatura ambiente.

Escalas de temperatura

• Celsius

Nota: É comum chamar uma temperatura de temperatura abaixo de zero quando ela é menor que zero na escala celsius.

• Delisle
• Fahrenheit
• Leyden
• Kelvin
• Réaumur
• Rankine

Ver também

• Temperatura ambiente
• Temperatura termodinâmica
• Escala absoluta de temperatura

Ligações externas