Qual é a melhor escala de temperatura?

Celsius e Fahrenheit são duas das escalas mais comuns que as pessoas usam para medir a temperatura. Crédito da imagem: Shutterstock/ChameleonsEye

Quente e frio são medidos usando uma escala numérica chamada temperatura. As escalas de temperatura são como nos comunicamos sobre o clima, medimos a segurança e o conforto e explicamos o mundo físico. Usando linhas de base escolhidas pelos cientistas para criar medidas relativas, as escalas de temperatura medem a intensidade do calor ou a quantidade de energia térmica contida em um material ou substância (como o ar, um pote de água ou a superfície do sol). Existem três sistemas de medição comumente usados: Fahrenheit, Celsius e Kelvin.

O QUE É TEMPERATURA?

Temperatura é a energia medida com uma ferramenta chamada termômetro, que vem das palavras gregas "thermos" (quente) e "metron" (medida), segundo o Dicionário de Etimologia Online. Outra definição de temperatura é que é uma medida da energia cinética média, a energia de uma massa em movimento, das moléculas de uma substância, de acordo com a Georgia State University.

O antigo médico grego Hipócrates supostamente ensinou que a mão humana poderia ser usada para avaliar a presença de febre em uma pessoa já em 400 a.C., de acordo com um relatório de 2019 na revista Nature Public Health Emergency Collection. No entanto, instrumentos precisos para medir a temperatura do corpo humano não foram desenvolvidos até os séculos XVI e XVII.

FAHRENHEIT: O PRIMEIRO TERMÔMETRO PRECISO

Em 1714, o físico holandês nascido na Polônia, inventor e fabricante de instrumentos científicos Daniel Gabriel Fahrenheit revelou um termômetro à base de mercúrio. O mercúrio, um metal líquido, se expande e se contrai com base na temperatura ambiente, quando Fahrenheit colocou mercúrio em um tubo fechado marcado com uma escala numerada, ele viu o mercúrio subir e descer quando exposto a diferentes temperaturas. De acordo com a Royal Society no Reino Unido, este foi o primeiro termômetro prático e preciso conhecido do mundo. 

Fahrenheit baseou sua invenção no termômetro à base de álcool do cientista dinamarquês Ole Roemer. Roemer rotulou sua escala de temperatura com zero marcado na temperatura em que a salmoura (água salgada) congelou e 60 como o ponto em que a água ferveu, escreveu Ulrich Grigull, falecido diretor do Instituto de Termodinâmica da Universidade Técnica de Munique, na Alemanha, em uma apresentação da conferência de 1986 . O gelo derreteu a 7,5 graus na escala de Roemer, e um corpo humano registrou 22,5.

O termômetro de Fahrenheit, porém, era muito mais preciso. Ele usou os mesmos pontos de referência de congelamento e ebulição da escala de Roemer, referido em seus escritos como "Extream Cold" e "Extream Hott" - mas aproximadamente multiplicou a escala por quatro para dividir cada marcador na escala em incrementos mais finos. Na escala de Fahrenheit, escreveu Grigull, os quatro pontos de referência eram: 0 (na temperatura combinada de congelamento da salmoura), 30 (o ponto de congelamento da água comum), 90 (temperatura corporal) e 240 (o ponto de ebulição da água).

Os termômetros de mercúrio são precisos e têm sido usados ??desde os anos 1700. Mas como o mercúrio é uma substância perigosa e pode ser mortal se inalado de um termômetro quebrado, poucos governos e agências agora apoiam o uso de termômetros de mercúrio em casa. Crédito da imagem: mevans/Getty Images

Fahrenheit publicou um artigo descrevendo sua escala na revista Philosophical Transactions em 1724. Nesse mesmo ano, Fahrenheit foi introduzido na Royal Society, a academia nacional de ciências do Reino Unido. Grigull escreveu: "Sua pesquisa da Royal Society resultou em seu termômetro e, portanto, em sua escala, recebendo aceitação particular na Inglaterra e, consequentemente, mais tarde também na América do Norte e no Império Britânico". O sistema de medição de Fahrenheit, às vezes referido como parte do sistema imperial, viajou pelo mundo com o Império Britânico.

No entanto, apenas alguns países hoje ainda usam Fahrenheit para medir a temperatura. Os Estados Unidos e seus territórios, juntamente com as Bahamas, Palau, Belize, Ilhas Cayman, Estados Federados da Micronésia e Ilhas Marshall, mantiveram a escala de temperatura, apesar do resto do mundo optar para a escala Celsius, de acordo com o recurso de geografia online Atlas Mundial.

Após a morte de Fahrenheit em 1736, a escala Fahrenheit foi recalibrada para torná-la um pouco mais precisa. Os pontos exatos de congelamento e ebulição da água pura, menos o sal, foram marcados em 32 e 212 graus Fahrenheit, respectivamente. A temperatura regular do corpo humano foi marcada em 98,6.

As temperaturas em Fahrenheit são frequentemente expressas como um número seguido por ºF, ou simplesmente F.

CELSIUS: UMA ESCALA MAIS CIENTÍFICA

"Anders Celsius deve ser reconhecido como o primeiro a realizar e publicar experimentos cuidadosos visando a definição de uma escala internacional de temperatura em bases científicas", escreveu Olof Beckman, físico de estado sólido da Universidade de Uppsala, na Suécia. Celsius foi um astrônomo sueco e é creditado com a descoberta da conexão entre a aurora boreal, também conhecida como Luzes do Norte, e o campo magnético da Terra, bem como um método para determinar o brilho das estrelas, de acordo com o National High Magnetic Field Laboratory High Magnetic Field dos EUA.

Em uma proposta à Real Academia Sueca de Ciências em 1742, Celsius propôs uma escala baseada em dois pontos fixos: 0 (o ponto de ebulição da água) e 100 (o ponto de congelamento da água). Após a morte de Celsius em 1744, o famoso taxonomista sueco Carl Linnaeus propôs que os pontos fixos fossem trocados, com 0 indicando o ponto de congelamento da água e 100 seu ponto de ebulição, de acordo com The Legacy of Anders Celsius in JSTOR Daily, uma biblioteca digital. A escala também foi estendida para incluir números negativos.

Celsius inicialmente chamou sua escala de "Centígrado" do latim para cem ("centi") graus ("grade"), porque havia 100 pontos entre o congelamento e a ebulição da água. Em 1948, uma conferência internacional sobre pesos e medidas (Conference General des Poids et Measures) mudou o nome para "Celsius" em homenagem a Anders Celsius, de acordo com o Instituto Nacional de Padrões e Tecnologia dos EUA (NIST).

A escala Celsius faz parte do sistema métrico, também conhecida como Sistema Internacional de Unidades (SI). As temperaturas em Celsius podem ser expressas como um número de graus seguido pelos símbolos ºC, ou simplesmente C. 

A escala Celsius tem 100 graus entre a água fervendo e congelando, enquanto Fahrenheit tem 180 graus. Isso significa que um único grau Celsius equivale a 1,8 graus Fahrenheit. Em -40°, ambas as escalas têm o mesmo valor: -40 C = -40 F.

KELVIN: UMA ESCALA ABSOLUTA PARA CIENTISTAS

Em 1848, o matemático e cientista britânico William Thomson (também conhecido como Lord Kelvin) propôs uma escala de temperatura absoluta, que era independente das propriedades de uma substância como o gelo ou o corpo humano. Ele sugeriu que a faixa de temperaturas possíveis no universo excedeu em muito as propostas por Celsius e Fahrenheit. O conceito de uma temperatura mínima absoluta não era novo, de acordo com o NIST, mas Kelvin colocou um número exato: 0 kelvins é igual a -273,15 C.

A "temperatura termodinâmica" é distinta das temperaturas baseadas nos pontos de congelamento e fusão dos fluidos, disse Julia Scherschligt, especialista em metrologia de vácuo e pressão do Instituto Nacional de Ciência e Tecnologia dos Estados Unidos. 

"A temperatura termodinâmica é absoluta, não relativa a pontos fixos. Ela descreve a quantidade de energia cinética contida pelas partículas que constituem uma bolha de matéria, que se agitam e se agitam em níveis submicroscópicos", disse ela. "À medida que a temperatura cai, as partículas desaceleram até que, em algum ponto, todo o movimento cessa. Isso é o zero absoluto, que é a referência da escala Kelvin".

O zero absoluto ocorre a -273,15 C ou -459,67 F. Até recentemente, os cientistas consideravam que os humanos não poderiam recriar essa temperatura (porque para se tornar tão frio, a energia teria que ser adicionada ao sistema para resfriá-lo, o que significa que o sistema seria mais quente que o zero absoluto). Mas em 2013, físicos alemães conseguiram empurrar partículas para temperaturas paradoxais abaixo do zero absoluto.

Lord Kelvin, nascido William Thomson, o inventor da escala Kelvin. Crédito da imagem: Bibliotecas Smithsonian

Na mente de Kelvin, o zero absoluto era onde uma escala de temperatura deveria começar, mas por conveniência, ele usou os marcadores e intervalos da escala Celsius amplamente conhecida, como base para a sua. Como tal, na escala Kelvin, a água congela a 273,15 K (0 C) e ferve a 373,15 K, ou 100 C.

Um único kelvin é referido como uma unidade, em vez de um grau, e é igual a um único grau na escala Celsius. A escala Kelvin é usada principalmente por cientistas.

Em 2018, o Kelvin foi redefinido para torná-lo mais preciso, de acordo com um artigo na revista Metrologia, e sua definição agora está vinculada à constante de Boltzmann. Essa constante liga a temperatura à energia cinética dentro da matéria.

A nova definição, de acordo com a Conferência Geral de Pesos e Medidas, é: "O kelvin, símbolo K, é a unidade SI de temperatura termodinâmica; sua magnitude é definida fixando o valor numérico da constante de Boltzmann para ser exatamente igual a 1,380649 × 10-23...J K-1 [joules por kelvin]".

Nos EUA, termômetros usados ??para fins médicos, como detectar febre, lêem as temperaturas em Fahrenheit. Na maior parte do resto do mundo, as temperaturas seriam medidas usando Celsius. Crédito da imagem: Shutterstock

QUAL ESCALA É MELHOR?

A melhor escala para medir temperaturas pode variar dependendo da circunstância, ou seja, da comunidade com quem você está compartilhando informações. Historicamente, os americanos usam a escala Fahrenheit para a vida diária, inclusive para clima e culinária, por isso é melhor usar medições Fahrenheit nos Estados Unidos. Mas a maioria dos países usa Celsius, então é melhor usar essa escala no resto do mundo e ao se comunicar internacionalmente. Em última análise, a melhor escala para uso casual depende da convenção e do que as pessoas ao seu redor estão usando.

Mas qual escala é a mais precisa? 

"A precisão não é realmente uma característica de uma escala", disse Scherschligt. Em vez disso, a precisão de uma medição depende dos incrementos dados pelo termômetro que está sendo usado e da técnica da pessoa que o usa. "Um número pode ser medido com precisão arbitrária em qualquer escala. Mas apenas o kelvin é baseado na física, o que significa que é a escala mais precisa". 

A escala Kelvin, que se baseia nas propriedades físicas de qualquer gás, pode ser calibrada com precisão em qualquer lugar do universo com equipamentos adequados e uma constante universal. É por isso que os cientistas geralmente preferem usar a escala Kelvin em seus experimentos. 

♦ Todos os artigos baseados em tópicos são determinados por verificadores de fatos como corretos e relevantes no momento da publicação. Texto e imagens podem ser alterados, removidos ou adicionados como uma decisão editorial para manter as informações atualizadas.

FÓRMULAS DE CONVERSÃO

Celsius para Fahrenheit: Multiplique por 9, divida por 5 e adicione 32 

Fahrenheit para Celsius: Subtraia 32, multiplique por 5 e divida por 9 

Celsius para Kelvin: adicione 273 

Kelvin para Celsius: Subtraia 273

Fahrenheit para Kelvin: subtraia 32, multiplique por 5, divida por 9 e adicione 273,15

Kelvin para Fahrenheit: subtraia 273,15, multiplique por 1,8 e adicione 32

RECURSOS ADICIONAIS

• Veja um vídeo sobre como fazer um termômetro em casa.
• Este vídeo compara as temperaturas mais frias conhecidas pelos humanos com as mais quentes.
• Conheça as constantes universais que definem o Sistema Internacional de Unidades, também conhecido como sistema métrico.

Junte-se aos nossos Canais Espaciais para continuar falando sobre o espaço nas últimas missões, céu noturno e muito mais! Siga-nos no facebook, twitter e instagram. Inscreva-se no boletim informativo. E se você tiver uma dica, correção ou comentário, informe-nos aqui ou pelo e-mail: gaiaciencia@gaiaciencia.com.br

Referência:

WILD, Sarah. What is temperature? Facts about Fahrenheit, Celsius and Kelvin scales. Live Science, Nova York, 22, mar. 2021. References. Disponível em: <https://www.livescience.com/temperature.html>. Acesso em: 03, jun. 2022.

Marcello Franciolle F T I P E
Founder - Gaia Ciência

Marcello é fundador da Gaia Ciência, que é um periódico científico que foi pensado para ser uma ferramenta para entender o universo e o mundo em que vivemos, com temas candentes e fascinantes sobre o Universo e Ciências da Terra para inspirar e encantar as pessoas. Ele é graduando em Administração pelo Centro Universitário N. Sra. do Patrocínio (CEUNSP) – frequentou a Universidade de Sorocaba (UNISO); graduação em Análise de Sistemas e onde participou do Encontro de Pesquisadores e Iniciação Científica (EPIC). Suas paixões são literatura, filosofia, poesia e claro ciência.