Temperatura e ordem molecular

Escalas de temperatura

Escala Celsius de temperatura.

Para construir um termómetro usa-se uma substância com uma propriedade que varia de forma monótona (crescente ou decrescente) com a percepção sensorial de mais quente que. A forma mais simples de atribuir um número à noção de quente consiste em tomar dois valores da propriedade física e dividir esse intervalo num certo número de partes iguais para definir a unidade de temperatura. Ou seja definimos o valor da temperatura fixando uma relação linear com a propriedade física observada:

T(x) = ax + b,

onde T é a temperatura da substância, x é a grandeza física e a e b são constantes. Historicamente a escolha da substância recaiu sobre o mercúrio, pois este (tal como a maior parte dos materiais) expande-se com a temperatura e a da grandeza física sobre o comprimento de uma coluna desse material, com secção constante. A escala prática mais utilizada é a escala centígrada, que resulta da divisão em cem partes iguais da diferença entre as temperaturas de um recipiente com:

1. água e gelo à pressão atmosférica normal (0º C) e
2. água em ebulição à pressão atmosférica normal (100º C).

Nem todas as substâncias são adequadas para a construção de termómetros. Por exemplo, o volume da água varia de forma não monótona com a percepção de quente (o mesmo volume pode corresponder a quentes diferentes) tornando esta substância inadequada para medir a temperatura. De facto, o volume da água contrai-se entre 0 e 4 °C e expande-se entre 4 e 100 °C:

A invulgar contracção da água entre 0º e 4º C.

Actualmente usam-se termómetros de gás a pressão ou volume constante como termómetros de referência, pois estes têm a vantagem de terem uma grandeza facilmente mensurável, de esta variar de forma monótona crescente com a noção empírica de quente e de não terem a desvantagem do termómetro de mercúrio, que deixa de funcionar, quando o mercúrio passa do estado líquido ao gasoso.

Expansão de alguns líquidos.

Como seria de esperar, a definição de 1º C usando um termómetro de mercúrio e usando um termómetro de gás não coincidem como pode ser visto no gráfico da direita, onde se mostram as curvas de expansão (percentual) para vários líquidos e onde a relação linear é a do termómetro de gás a pressão ou volume constante, escolhido como o termómetro de referência. Note-se, no entanto, que neste intervalo de temperaturas os termómetros de mercúrio e os de gás dão leituras bastante próximas.