Foi visto na Aula 01 que as moléculas ou átomos da matéria que compõem um corpo estão em constante agitação e que quando fornecemos (retiramos) calor do corpo, a agitação das moléculas ou átomos aumenta (diminui).

Pois bem, o que acontece com a agitação das moléculas quando diminuímos cada vez mais a sua temperatura? Será que existe alguma temperatura em que elas param de se agitar?

A história nos mostra que foi o físico inglês Willian Thomson (1824-1907), mais conhecido pelo seu título de nobreza, Lord Kelvin, 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”.

Lord Kelvin

Desenvolvendo a teoria e fazendo os cálculos necessários, Kelvin concluiu que em um caso limite, quando as partículas pararem de se agitar, equivalentemente na escala célsius, teremos a menor temperatura possível, que será de -273 °C (valor mais preciso: – 273,15 °C).

Na ciência tal situação teórica também é conhecida como “zero absoluto”, ou seja, a temperatura nesse estado tem valor igual à zero na escala kelvin.

Por esse motivo, a Escala Kelvin é denominada de Escala Absoluta, sendo a escala adotada no SI (Sistema Internacional).

Certamente para facilitar os cálculos, a medida na escala kelvin entre o ponto de gelo (P_G) e o ponto de vapor (P_V) também foi dividida em cem partes iguais, sendo que os pontos fixos citados acima para a escala célsius equivalem respectivamente a:  P_G = 273 K e P_V = 373 K.

Lembrete: não se escreve “grau kelvin” (°K), mas simplesmente “kelvin” (K).

Relações entre as três escalas termométricas

O esquema a seguir mostra as temperaturas equivalentes aos pontos fixos para fusão do gelo (P_G) e a vaporização da água (P_V) nas três escalas: Kelvin (K), Celsius (°C) e Fahrenheit (°F).

Utilizando as regras de proporção, matematicamente obtemos as seguintes relações:

Com um pouco de álgebra se chega a relação final entre as três escalas:

Ou, relacionando duas a duas:

• Celsius e Fahrenheit

• Kelvin e Celsius

• Fahrenheit e Kelvin

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Exercícios Resolvidos

01 – (FisMática) Um termômetro indica que um corpo está a uma temperatura de 30°C. Determine a temperatura desse corpo nas escalas Kelvin e Fahrenheit.

Resolução:

Fahrenheit: utilizando a relação entre as escalas e substituindo o valor de t_C = 30 °C, temos:

Multiplicando em “cruz”, temos:

5.(t_F – 32) = 9×30  =>  5.t_F – 160 = 270  =>  5.t_F = 270  + 160  =>  5.t_F = 430

Isolando t_F:

t_F = 430:5  =>  t_F = 86 °F

Kelvin: utilizando a relação entre as escalas e substituindo o valor de t_C = 30 °C, temos:

t_K = t_C + 273  =>  t_K = 30 + 273  =>  t_K = 303 K

02 – (FisMática) Determine os valores das temperaturas em que a escala kelvin marca o dobro do valor da escala Celsius.

Resolução:

Inicialmente vamos relacionar os valores das medidas das duas escalas: t_K = 2.t_C

Substituindo na relação entre as escalas, temos:

t_K = t_C + 273  =>  2.t_C = t_C + 273  =>  2.t_C – t_C = 273  =>   t_C = 273 °C

Substituindo na relação entre as medidas, temos:

t_K = 2.t_C = 2×273  =>  t_K = 546 K

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