107. Temperatura invertida

O que é a temperatura, como a temperatura medida por termómetros e a que as pessoas sentem são diferentes, a história e a utilização das diferentes escalas de temperatura no Mundo, Celsius não criou nem usou a escala que tem o seu nome e porque os EUA usam a escala Fahrenheit a contrário do resto do Mundo.

   Ao longo do ano, a temperatura de várias regiões da Terra vai mudando, sendo as maiores diferenças na mesma altura do ano as registadas entre o Hemisfério Norte e o Hemisfério Sul: quando é verão no Hemisfério Norte é inverno no Hemisfério Sul e vice-versa (à medida que se está mais próximo do equador mais as diferenças diminuem). Mas a temperatura que as pessoas sentem e o que é medido por um termómetro são realidades diferentes. Um termómetro mede o grau de agitação (energia cinética) dos átomos do objeto cuja temperatura quer medir. O que os sentidos humanos detetam é o grau de transferência dessa energia cinética para os sensores da nossa pele.

   Um bloco metálico parece mais frio do que um bloco de madeira (ou um livro) à mesma temperatura registada por um termómetro porque uma das propriedades dos metais é o de conduzir facilmente várias formas de energia (elétrica, cinética ou sonora) e a temperatura da pele é mais rapidamente transferida para o metal. Também por isso, quando se tira um tabuleiro de comida de um forno quente, o tabuleiro parece muito mais quente (e escalda e danifica a pele) do que a comida no seu interior (que está à mesma temperatura) ainda que pareça menos quente e não provoque as mesmas lesões. O metal transfere rapidamente a sua energia cinética para o que o rodeia (quando está mais quente) e absorve mais rapidamente a energia cinética do que o rodeia (quando está mais frio).

  Além da subjetividade de cada pessoa ao medir o grau de transferência de energia cinética, a medição da temperatura é tornada mais complexa pelas diferentes escalas de temperaturas usadas no Mundo. Há 195 países no Mundo (193 membros da ONU e o Vaticano e a Palestina) e 4 deles (Estados Unidos da América, Bahamas, Belize eas Ilhas Caimão) usam a escala de temperatura Fahrenheit, os outros 191 usam a escala de temperatura Celsius e cientificamente é também usada também a escala de Kelvin (juntamente com a de Celsius). Diferenças entre escalas diferentes levaram a que, em 10 de Novembro de 1999, o satélite atmosférico enviado pela NASA para registar o clima de Marte (o Orbitador Climático de Marte) se despenhasse na superfície do  planeta, tendo a missão custado um total de 272,89 milhões € (1 085,18 milhões R$). As unidades diferentes que levaram ao despenhamento foram as unidades de pressão não-SI libras por segundo em relação às unidades SI Newtons por segundo.

   Daniel Gabriel Fahrenheit (1686-1736) nasceu na cidade de Danzig (atualmente Gdańsk na Polónia), parte da Comunidade Polaco-Lituana (1466–1772), o maior e mais populoso país europeu do século XVII. Em 1701, Fahrenheit ficou órfão de ambos os pais com 15 anos (morreram por ingestão de cogumelos venenosos) e instalou-se em Amesterdão onde estudou Química e Registo Notarial. Entretanto, em 1702, o astrónomo dinamarquês Ole Rømer, num período de pausa devido à fratura de uma perna, criou uma escala de temperatura em que estabeleceu a temperatura da água a ferver em 60º, a do corpo humano em 22,5º e do congelamento da água em 7,5º, permitindo-lhe assim utilizar os valores fracionários de 60, dividindo em metade os valores da sua escala, como estava a habituado a usar nos seus cálculos astronómicos.

   Em 1708, Fahrenheit soube da escala de Rømer e passou a utiliza-la quando, em 1717, se mudou para Haia e começou a produzir instrumentos científicos, nomeadamente termómetros. Mas não gostava dos valores fracionários de Rømer, mudando os valores da escala para valores inteiros pares: a temperatura água a ferver para 64º, a do corpo para 24º e do gelo para 8º. Não satisfeito com o grau de precisão da sua escala, multiplicou todos os valores por 4, obtendo a temperatura da água a ferver para 212º, a do corpo para 96º e do gelo para 32º, valores ainda hoje usados na Escala Fahrenheit. Inventou também o primeiro termómetro com mercúrio (com o símbolo Hg, que vem do grego "hidrogerium" que significa prata líquida). Pela invenção da sua escala e pela criação do seu termómetro mais preciso com mercúrio, foi tornado membro da Royal Society, organização inglesa que reúne e homenageia grandes cientistas. A sua escala passou a ser usada por todo o Império Britânico, nomeadamente nos EUA. Em 1970, a maioria dos países do mundo (exceto aqueles 4) usavam a Escala Celsius, mais precisa e fácil de usar.

   É geralmente atribuída a temperatura de 0ºF a uma mistura de água, sal e gelo mas nenhuma das misturas que foram depois propostas tem este valor. É mais provável que os 0°F correspondessem a alguma medição que Fahrenheit fez mas ele não deixou indicações sobre a que corresponderiam 0°F na sua escala.

   Anders Celsius (1701–1744) nasceu em Uppsala, na Suécia, onde viveu toda a sua vida. Em 1741, Celsius era professor de Astronomia na Universidade de Uppsala quando criou uma escala de temperatura dividida em 100 partes em que a água fervia a 0º e congelava a 100º, uma escala invertida em relação à escala que se usa modernamente e que tem o seu nome. Celsius usava (e usou toda a vida) esta escala porque assim evitava o uso de valores negativos nas temperaturas que media. Na sua gélida Suécia, raramente se atingem temperaturas superiores à da água a ferver e muito frequentemente se atingem temperaturas inferiores ao do congelamento da água.

 

 

   Só em 1743 é que o astrónomo, físico, matemático e músico francês Jean-Pierre Christin (1683–1755) propôs a inversão da escala de Celsius, colocando o ponto de congelamento da água nos 0º e o de ebulição nos 100º, preservando a divisão em 100 partes. A sua proposta foi aceite por toda a França e integrou facilmente o movimento de transformar todas as medidas usadas para uma escala decimal. Tentaram fazer o mesmo com a medição do tempo horário e calendário, como visto no artigo Tempo decimal, mas essa foi uma das poucas tentativas que falhou. Em 1744, Celsius morreu ainda a usar a escala invertida.

   Até  1948, esta escala era conhecida como Escala Centígrada (do Latim centum mil e gradus passos). Em 1948, durante a nona Conferência Geral de Pesos e Medidas, o nome desta escala foi mudada e os graus centígrados mudaram de nome para graus celsius, preservando o símbolo ºC. Foi escolhido o nome Celsius, apesar de a escala que ele criou não ser a escala que se usa, para uniformizar os nomes das escalas de temperaturas com o nome de um cientista a ela ligado (como é o caso da Escala Fahrenheit e Kelvin) e evitar confusões com outras unidades SI. A criação da escala centígrada foi atribuída a Celsius pelo químico sueco Jöns Jacob Berzelius  (1779-1848), conterrâneo de Celsius, no seu livro de 1827 “Manual de Química” e o nome vingou.

   William Thomson, 1.º Barão de Kelvin (1824-1907) foi um físico-matemático e engenheiro nascido em Belfast, na Irlanda. Foi também um inventor e os seus esforços no projeto de colocação de um cabo telegráfico transatlântico levaram a que a Rainha Vitória lhe desse um título nobiliárquico em 1866. Escolheu então ser o primeiro Barão Kelvin de Largs, que ele escolheu e criou devido ao Rio Kelvin que passa na cidade de Largs perto de Glasgow, na Escócia, onde  Kelvin estudou e deu aulas na Universidade.

   Mas já antes William Thomson se tinha distinguido pelas suas descobertas físicas. Ao contrário das escalas de temperatura anteriores que dependiam da transferência de energia cinética do objeto medido para o líquido no termómetro, Kelvin concretizou propostas anteriores (por exemplo, em 1665 por Robert Boyle) para medir a temperatura em função direta da energia cinética dos átomos do objeto e não apenas da sua transferência para o termómetro. Mediu então, em 1848, o Zero Absoluto, temperatura em que a atividade cinética dos  átomos se anula, como sendo -273,15 ºC (um colega de Kelvin na Universidade, William John Macquorn Rankine, ligou o Zero Absoluto à escala Fahrenheit em 1859). A Escala de Kelvin recebeu o seu nome em homenagem ao primeiro barão de Kelvin, e desde a sua criação que está intimamente ligada à Escala Celsius, em que um aumento de um grau kelvin corresponde ao aumento de um grau celsius. Ao contrário do grau celsius e do grau fahrenheit, um kelvin é um valor sem grau, pelo que não se escreve com o símbolo º antes da letra K.

   Kelvin foi um dos últimos grandes físicos antes da chegada da Teoria Quântica e da Relatividade Geral. Por isso, estava absolutamente certo que aeronaves mais pesadas do que o ar  não podiam existir (falou-se nos aviões e de como voam no artigo Sonhos no ar) e calculou a idade da Terra como sendo de entre  20 e 40 milhões de anos, por não ter conhecimento da desintegração radiativa, o que não permitiria a evolução biológica proposta por Darwin. A idade  da Terra é de aproximadamente 4,52 mil milhões de anos.

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