Temperatura e equilíbrio térmico

Digo frequentemente que quando podemos medir aquilo de que estamos a falar e exprimi-lo em números, sabemos alguma coisa; mas quando não podes exprimir em números, o teu conhecimento é magro e insatisfatório; pode ser o começo do conhecimento, mas, no teu pensamento, mal avançaste para o estado de Ciência, independentemente do assunto em questão.

Lorde Kelvin

Bébé. Medição da temperatura de um bébé com um termómetro.

De forma qualitativa, a temperatura é uma medida da sensação de quente ou frio. É fácil mostrar que quando dois objectos são postos em contacto (os físicos dizem contacto térmico) o objecto mais quente arrefece e o mais frio aquece, até ao ponto em que a sensação de quente ou frio não permite distingui-los. Quando tal acontece dizemos que estes objectos (os físicos chamam-lhe sistemas) estão em equilíbrio térmico.

Se fizermos a mesma experiência com mais do que dois sistemas, concluímos que o equilíbrio térmico pode ser estabelecido entre um número arbitrário de sistemas e que este não depende do tipo dos objectos escolhidos. Além disso verificamos aquilo que é conhecido pela lei zero da Termodinâmica:

Dois sistemas em equilíbrio térmico com um terceiro, estão em equilíbrio térmico entre si.

Quando dois sistemas estão em equilíbrio térmico existe uma propriedade que toma o mesmo valor nesses sistemas e a esta propriedade chamamos temperatura.

Qualquer sistema pode ser usado como instrumento para medir a temperatura – i.e. como termómetro. No entanto para que este seja útil, temos de escolher um sistema onde a temperatura afecte de forma visível alguma propriedade física, cuja medida seja fácil de calibrar. Várias propriedades podem ser usadas para definir um termómetro:

  • o volume de um líquido,
  • as dimensões de um sólido,
  • a pressão de um gás a volume constante,
  • o volume de um gás a pressão constante,
  • a resistência eléctrica de um condutor,
  • a cor de um objecto.

A temperatura é aquilo que o termómetro, que nós escolhemos, mede quando o termómetro e o sistema atingem o equilíbrio térmico.