Conversão de unidades de temperatura

O que é a temperatura?

A temperatura é uma grandeza diretamente relacionada à energia cinética (de movimento) média dos átomos e moléculas que compõem uma matéria. Quanto mais rápido as partículas se movem, mais 'quente' a matéria é considerada.

A temperatura é uma das sete grandezas básicas do Sistema Internacional de Unidades e, como temperatura termodinâmica, é representada pelo símbolo Θ (teta). Diferentemente de muitas outras grandezas (como comprimento ou massa), não é uma grandeza diretamente aditiva -- colocar dois corpos em contato não soma suas temperaturas, mas os conduz a um equilíbrio.

A unidade SI da temperatura: o kelvin

O kelvin é a unidade básica do SI para temperatura e é representado pelo símbolo K (sem o sinal de grau, escreve-se simplesmente 'K'). A escala Kelvin toma o zero absoluto (a temperatura mais baixa teoricamente possível) como ponto de partida (0 K).

Desde a revisão do SI de 2019, o kelvin não é mais definido a partir do ponto triplo da água, mas a partir do valor numérico fixado da constante de Boltzmann (k). Isso garante que a unidade de temperatura se baseie em uma constante universal e não em uma substância de referência física.

Para mais informações sobre a unidade Celsius, consulte a página de informações de Celsius.

Por que a conversão de temperatura não é uma simples multiplicação?

Em grandezas como comprimento ou massa, a conversão de unidades é feita apenas com um fator multiplicativo (por exemplo, metro-centímetro). Na temperatura, como as escalas Celsius, Fahrenheit e Kelvin têm 'pontos zero' distintos, a conversão exige tanto multiplicação quanto soma ou subtração.

Por exemplo, para passar de Celsius para Fahrenheit, o valor é primeiro multiplicado por 9/5 e depois somado a 32: °F = (°C × 9/5) + 32. Por isso a temperatura é, matematicamente, a única grandeza física comum com uma relação de conversão 'afim' (linear, mas que não passa pela origem).

A escala Celsius

A escala Celsius foi desenvolvida em 1742 pelo astrônomo sueco Anders Celsius e define o ponto de congelamento da água em 0 °C e seu ponto de ebulição (a uma atmosfera de pressão) em 100 °C. É um sistema de referência prático que facilita a compreensão da escala no dia a dia.

O Celsius é a escala de temperatura mais usada no mundo tanto em trabalhos científicos quanto na informação meteorológica diária da maioria dos países, incluindo o Brasil; um pequeno número de países, como os Estados Unidos, ainda prefere o Fahrenheit no uso diário.

A escala Fahrenheit

A escala Fahrenheit foi desenvolvida em 1724 pelo físico alemão Daniel Gabriel Fahrenheit. Nessa escala, o ponto de congelamento da água é 32 °F e o ponto de ebulição 212 °F -- um intervalo exato de 180 graus entre o congelamento e a ebulição.

O Fahrenheit ainda é usado hoje para medições de temperatura cotidianas em um pequeno número de países, principalmente os Estados Unidos; nos trabalhos científicos em nível mundial, cedeu em grande parte seu lugar ao Celsius e ao Kelvin.

Rankine e Reaumur: escalas menos conhecidas

O Rankine é uma escala de temperatura absoluta que usa unidades do mesmo tamanho que o grau Fahrenheit, mas toma o zero absoluto como 0 °R; o ponto de congelamento da água é 491,67 °R. É preferido especialmente ao Kelvin em alguns cálculos de engenharia termodinâmica nos Estados Unidos.

A escala Réaumur foi desenvolvida no século XVIII pelo cientista francês René Réaumur; fixa o ponto de congelamento da água em 0 °Ré e o de ebulição em 80 °Ré. Embora hoje praticamente não seja usada, ainda pode ser encontrada como referência histórica em alguns países europeus (especialmente em algumas receitas tradicionais da Rússia).

O que significa o zero absoluto?

O zero absoluto (0 kelvin, -273,15 °C, -459,67 °F) é a temperatura teórica na qual as partículas possuem, em sentido clássico, a menor energia cinética possível. Segundo a mecânica quântica, as partículas não permanecem completamente imóveis nem mesmo no zero absoluto (energia do ponto zero), mas em sentido clássico não pode ser definida uma temperatura mais baixa.

Em laboratório, já foram alcançadas temperaturas extremamente próximas do zero absoluto (da ordem do microkelvin, até do nanokelvin), mas segundo a terceira lei da termodinâmica é impossível alcançar exatamente o zero absoluto em um número finito de etapas.

Como se mede a temperatura?

Para medir a temperatura, usam-se diferentes tecnologias: termômetros de mercúrio ou álcool, termômetros digitais, termopares, termômetros de resistência (RTD) e termômetros infravermelhos (sem contato). Cada um é adequado para uma faixa de temperatura e um nível de precisão diferentes.

Os termopares são amplamente usados em ambientes industriais porque podem funcionar em uma faixa de temperatura muito ampla (às vezes de -200 °C a +2000 °C); calculam a temperatura a partir da diferença de tensão gerada na junção de dois metais distintos.