Da mesma forma que a situação que ilustra o início deste texto, descobrir a temperatura que um corpo estava exigia muito mais do que um equipamento de medição – neste caso, um termômetro. Apesar de o homem já estudar há muito grandezas como temperatura, não existia uma escala padrão, ou de referência para se obter a temperatura de um corpo. O que era possível fazer era uma medição indireta (e muitas vezes errônea) da temperatura. E no início do século XVIII, quando a termodinâmica começou a ser estudo realmente a fundo graças a revolução industrial que chegava a Europa, isso se tornou um problema. Afinal, como saber a temperatura fusão de um material ou a que temperatura um líquido se tornava sólido ou, principalmente, em que temperatura a água entrava em ebulição, já que as primeiras máquinas eram movidas justamente pelo vapor?

Definir uma escala que servisse de padrão era absolutamente necessário para que os estudos e descobertas relativas a Termodinâmica prosseguissem. Os grandes nomes da Termodinâmica a época trabalharam fortemente nisso, como veremos a diante.

Várias tentativas haviam sido criadas para se definir uma escala termodinâmica, algumas delas antes do grande desenvolvimento da Termodinâmica.


O começo de tudo e a escala Fahrenheit

Gabriel Daniel Fahrenheit

A primeira delas a ser bem sucedida foi a escala Fahrenheit (°F), criada pelo astrônomo alemão Gabriel Daniel Fahrenheit (1686 – 1736). Fahrenheit esteve em 1707 em Copenhague, na Dinamarca, onde aprendeu sobre a construção de termômetros de mercúrio (a única forma de se medir a temperatura à época). Fahrenheit então trabalhou durante muito tempo para aperfeiçoar o processo de medição da temperatura por termômetros de mercúrio, o que o levou a construir uma escala para definir com exatidão qual a temperatura de um corpo, relacionando-a com a altura da coluna de mercúrio do termômetro.

Definido o ponto zero, que era o início da escala, como sendo o ponto de congelamento da água e o ponto máximo da escala como sendo 60° (talvez por estar acostumado com este tipo de escala, muito utilizada na Astronomia). O problema é que o ponto considerado como zero ainda era maior do que a temperatura comumente registrada no inverno dinamarquês. Percebendo então que existia em diferença entre este ponto e o ponto de sua escala, havia a necessidade de se redefinir os pontos e valores da escala. Encontrou assim, o ponto de congelamento da água correspondente a 8°, o que evitou a necessidade de cálculos com números decimais. Mais tarde, em 1717, Fahrenheit desenvolveu um método de filtragem de mercúrio em membrana de couro que possibilitou criar termômetros mais precisos e, com isso, conseguiu dividir cada intervalo de seus termômetros em quatro partes. Assim, o valor para o ponto de fusão de congelamento da água se tornou 32°.

A vantagem de se utilizar esta escala é que ela dificilmente apresenta um valor negativo para a temperatura. Além disso, a representação da escala Fahrenheit necessita de menos casas decimais, o que facilita a leitura da temperatura registrada.

O desenvolvimento da escala de Fahrenheit ajudou a diminuir os problemas relativos a medição da temperatura de um corpo, mas não acabou de vez com eles, como veremos mais adiante.


Surge a escala Celsius

Em 1742, o também astrônomo sueco Anders Lucas Celsius (1701-1744), propôs outra escala, mas que também envolvia o ponto de fusão e de ebulição da água. Mas desta vez, o ponto zero de sua escala correspondia ao ponto de congelamento, enquanto o ponto de ebulição correspondia a 100°, observados a uma pressão atmosférica padrão (1 atm ou 105 Pa). Portanto, cada ponto da escala foi divido em uma escala de 1/100, dando origem ao termo centígrado (atualmente este termo é considerado errôneo). A escala Celsius (°C) provocou a criação de um padrão formal para grandezas como a temperatura e a pressão atmosférica. O modelo teórico de Celsius que previu que temperatura e pressão eram grandezas que se relacionavam foi logo comprovado e por isso, tão bem aceito no mundo científico que passou a ser amplamente utilizado no lugar da escala de Fahrenheit.

Anders Celsius, criador da escala Celsius.

A escala absoluta

As descobertas relacionadas a Termodinâmica não cessavam e cada vez mais havia a necessidade de se criar materiais, ou de se conhecer as propriedades termodinâmicas de inúmeros materiais. Quando esses materiais eram líquidos ou sólidos, não havia grande problema em, por exemplo, medir a temperatura. Mas como medir a temperatura de um gás, se as escalas até então mais utilizadas eram derivadas justamente de medições em líquidos. Não apenas isso; era necessário se discutir qual o limite das temperaturas máximas e mínimas que podem ser atingidas por um corpo. Verificou-se que não há, teoricamente, um limite superior para a temperatura que um corpo pode alcançar. Entretanto, observou-se que existe um limite natural para a mínima temperatura. Este limite teórico foi descoberto através das deduções e estudos de Kelvin, já quando ele trabalhava em uma nova escala, totalmente derivada da escala de Celsius. Uma nova escala era necessária e daí surgiu a escala Kelvin, conhecida como a “escala absoluta”.

O responsável pelo desenvolvimento desta escala foi o físico inglês William Thomson, mais tarde conhecido como Lorde Kelvin. Kelvin foi um dos principais nomes da Termodinâmica no século XIX, sendo responsável não apenas pela escala que mais tarde levou seu nome, mas também por conceitos relacionados ao calor e ao trabalho, principalmente em motores a vapor.

Após estudos teóricos, chegou-se a definição de “grau” Kelvin, como sendo a fração 1/273,16 da temperatura termodinâmica do ponto triplo da água. Ou seja, cada ponto na escala Kelvin corresponde a 1ºC contando-se a partir do zero absoluto (0 K ou -273,16 ºC).

Portanto, o limite teórico para a temperatura mínima de um corpo é de -273, 16 ºC ou 0 K, conhecido como o “zero absoluto”. O zero absoluto é a menor temperatura possível no Universo, com a qual toda transformação química, física ou biológica seria paralisada.


Conversão entre as escalas

Para converter uma temperatura em Celsius para Fahrenheit ou para Kelvin (ou entre elas), você pode utilizar a seguinte relação:



onde T_c é a temperatura em celsius (°C), T_F é a temperatura em fahrenheit e T_k é a temperatura em kelvin (K).

Existem outras escalas de temperatura que também foram criadas ao longo dos anos para tentar dar um padrão as medições de temperatura de um corpo. A principal delas é a escala Rankine, cujo princípio de criação é o mesmo para a escala Kelvin. Entretanto, ela utiliza o Fahrenheit como base para a sua construção. Outra escala de temperatura é a escala Réaumur, criada em 1731 pelo físico e inventor francês René-Antoine Ferchault de Réaumur (1683-1757) cujos pontos fixos são o ponto de congelamento da água (zero) e seu ponto de ebulição (80 graus). Ele inventou um termômetro a álcool e apresentou uma escala termométrica para estes tipos de termômetros (1730), que fez muito sucesso na Europa Ocidental.