Definição de Temperatura e Escala de Temperatura

Uma grandeza física é definida com o objetivo de caracterizar uma propriedade da matéria de forma quantitativa, isto é, atribuindo um valor numérico, permitindo desta forma avaliar de forma objetiva a propriedade em questão. Por exemplo, para caracterizar as dimensões de um corpo definiu-se uma grandeza física denominada comprimento, e para se medir o comprimento define-se uma unidade, que no Sistema Internacional é o metro. O valor numérico do comprimento é obtido comparando-se o comprimento do corpo com o comprimento de referência, ou seja, com o metro.

De forma análoga, foi necessário definir uma grandeza física que permitisse avaliar a energia interna de um corpo, isto é, a energia que um corpo possui na forma de agitação molecular, e a essa grandeza deu-se o nome de temperatura termodinâmica ou simplesmente temperatura, como acabou sendo conhecida na linguagem do dia a dia.

Um dado importante é que certos fenômenos ocorrem sempre à mesma temperatura. Como exemplos desses fenômenos podem-se citar:

a) mudança de fase de uma substância pura à pressão atmosférica;

b) equilíbrio entre as fases sólida, líquida e gasosa de uma substância pura, denominado ponto triplo;

A temperatura termodinâmica é usualmente representada por "T" e sua unidade é o Kelvin, com símbolo "K". A unidade de temperatura termodinâmica é definida como a fração 1/273,16 da temperatura termodinâmica do ponto triplo da água.

Escala Termodinâmica de Temperatura

Uma questão que surge naturalmente é como, a partir da definição da escala termodinâmica de temperatura, é possível atribuir valores numéricos às temperaturas que caracterizam outros fenômenos ou situações físicas. Para responder a esta questão é necessário detalhar como se mede temperatura.

A partir da definição de temperatura termodinâmica, grandeza associada ao nível de agitação molecular de um corpo, torna-se evidente que não é possível medir temperatura a partir da agitação molecular. No entanto existem outras grandezas que caracterizam um corpo cujo valor depende da temperatura, e são propriedades passíveis de serem medidas com precisão. Por exemplo, uma barra metálica delgada tem várias grandezas dependentes da temperatura tais como: comprimento, seção transversal, densidade, resistência elétrica, etc... É possível escolher materiais ou substâncias nos quais uma dessas grandezas seja muito mais sensível à temperatura do que as demais, isto é, varie muito mais do que as outras, e esta grandeza pode ser eleita como grandeza termométrica. Desta forma é possível associar a cada valor de temperatura um valor da grandeza termométrica. Um termômetro ou sensor de temperatura nada mais é do que um equipamento, material ou substância que tem uma grandeza termométrica conhecida.

Com um termômetro para o qual se conhece a dependência de sua grandeza termométrica com a temperatura ,é possível determinar todos os valores de temperatura da escala termodinâmica. Outro dado importante no estabelecimento da escala termodinâmica de temperatura é que foi possível estabelecer outras temperaturas de referência, além da que caracteriza o ponto triplo da água (273,16 K), temperaturas estas relacionadas a outros fenômenos físicos capazes de serem reproduzidos com grande exatidão. Esses fenômenos são transições de fase (mais conhecidas como mudança de estado) de substâncias puras, além do ponto triplo de outras substâncias, que recebem a denominação de pontos fixos da escala termodinâmica de temperatura.

Escala Internacional de Temperatura de 1990 (ITS-90)

Com base no que foi exposto acima, a escala termodinâmica de temperatura pode ser estabelecida a partir de um conjunto de pontos fixos e sensores de temperatura de referência, denominados padrões de interpolação da escala termodinâmica de temperatura.

Esta escala de temperatura é adotada internacionalmente, embora sejam utilizadas usualmente outras escalas (Celsius, Fahrenheit, Rankine).

Foram estabelecidas ao longo do tempo várias versões da escala termodinâmica de temperatura, como conseqüência do desenvolvimento tecnológico que permitiu medições cada vez mais precisas. A última versão foi adotada em 1990 pelo Bureau International de Poids et Mesures (BIPM) sendo denominada Escala Internacional de Temperatura de 1990 (ITS-90), sendo a que apresenta melhor concordância com a escala termodinâmica de temperatura. A figura abaixo apresenta a ITS-90, com alguns dos seus pontos fixos e os sensores de interpolação adotados nos vários intervalos.

TP - Ponto Triplo

FP - Ponto de Solidificação

Faixas da ITS-90 e os padrões de interpolação