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Temperatura

A primeira escala registrada pela história da ciência foi criada no século XVI pelo médico italiano Santorio, que utilizou uma graduação termométrica cujos pontos de referência eram as temperaturas da neve e da chama de uma vela.
Temperatura é a grandeza física que determina o grau de calor ou frio de determinado corpo, expresso em termos de uma escala arbitrária de valores.

De caráter relativo, a temperatura reflete o resultado da transmissão de calor de uma substância a outra e, por isso mesmo, é um dos efeitos das trocas termodinâmicas próprias da matéria. Toda e qualquer manifestação de vida na Terra é fortemente influenciada pela temperatura, estudada também pela meteorologia, pois é um dos mais importantes elementos do clima.

Conceito termodinâmico. Um sistema termodinâmico, formado por um conjunto de matéria sob determinadas condições físicas, é definido a cada instante por duas grandezas básicas -- a energia, que se manifesta externamente sob a forma de movimento ou de calor, e a entropia, que mostra a quantidade de energia não utilizada existente dentro do sistema.
A temperatura de um sistema não equivale ao calor que ele contém, ou tampouco a sua energia, que corresponde à generalização do conceito de calor. A temperatura de um fósforo aceso, por exemplo, é muito mais alta que a de um grande iceberg; este, porém, armazena uma quantidade muito maior de energia.

Escalas de medição. O desenvolvimento da termometria, ou seja, a técnica de medir a temperatura, começou com o termoscópio inventado por Galileu Galilei, em 1592. As escalas de medição definidas pela escola científica florentina ao longo do século XVII tomavam como base a temperatura anual mínima da região, e os instrumentos eram calibrados em relação a ela. Com o tempo, adoraram-se pontos de origem mais racionais e genéricos.
No princípio do século XVIII, havia na Europa mais de 35 escalas diferentes de temperatura. As escalas mais usadas atualmente são: Celsius (°C), Fahrenheit (°F), Kelvin (K) e Rankine (°R). Em algumas situações, ainda se utiliza a escala Réaumur (°Re).

A primeira escala centígrada, hoje conhecida como escala Celsius, foi desenvolvida pelo astrônomo sueco Anders Celsius em 1742. A diferença entre seus valores de referência -- zero para o ponto de fusão e cem para o ponto de ebulição da água -- corresponde a cem graus, o que facilitou sua adoção nos países que adotam o sistema métrico decimal. É utilizada em quase todos os países do mundo, inclusive no Brasil.

A escala Fahrenheit foi criada pelo físico alemão Daniel Gabriel Fahrenheit, entre 1700 e 1730. Tem três referências básicas: a temperatura de um cubo de gelo, que recebeu o valor 32, a temperatura do corpo humano, definida em 98,6, e o ponto de ebulição da água, fixado em 212. Divide-se em 180 partes (diferença entre os pontos de fusão e ebulição), cada uma equivalente a um grau. É utilizada nos Estados Unidos e alguns outros países de língua inglesa.

Em 1848 o físico britânico William Thomson Kelvin propôs um novo sistema de medição de temperatura, mais adequado às crescentes necessidades da termodinâmica. Conhecida como escala absoluta ou Kelvin e baseada no sistema centígrado, tem sua origem no chamado zero absoluto, definido pelo valor -273,15 da escala Celsius. O kelvin, sua unidade de temperatura, é reconhecido como padrão universal para as medições científicas de temperatura.
A equivalência entre as escalas Celsius e Kelvin se obtém pelo simples deslocamento do valor de origem.
A escala absoluta Rankine também é muito usada em engenharia. Origina-se no zero absoluto da escala Fahrenheit, definido em -459,67°F. Mais raramente utilizada é a escala Réaumur, que se baseia num intervalo de 0 a 80 entre os pontos de fusão e ebulição da água.

Propriedades e efeitos da temperatura. As propriedades fundamentais das diversas substâncias costumam se alterar quando estas reagem quimicamente às variações de temperatura. Os gases, por exemplo, tendem a se dilatar, ou aumentar de volume, em relação paralela e proporcional ao aumento de temperatura.
De forma análoga, os líquidos experimentam aumento de volume com o aquecimento, embora algumas substâncias tenham comportamento anômalo e se contraiam diante de temperaturas mais altas, como é o caso da água entre 0 e 4°C.

O estudo da variação da condutividade elétrica dos materiais em relação à temperatura tem sido de excepcional interesse para a ciência e a tecnologia. As análises de amostras criogênicas, ou seja, submetidas a temperaturas extremamente baixas, levaram, no início do século XX, à descoberta da supercondutividade. Esse fenômeno ocorre porque certas substâncias e ligas metálicas têm a propriedade de perder toda a resistência quando submetidas a descargas elétricas abaixo de uma temperatura específica, denominada temperatura crítica.

As primeiras experiências com a supercondutividade foram realizadas a temperaturas próximas do zero absoluto -- ponto que, segundo os princípios fundamentais da termodinâmica, é inatingível. Por isso mesmo, os materiais empregados foram muito específicos e os resultados evidenciaram as consideráveis dificuldades de aplicação prática.
Temperatura e clima. A medição sistemática de temperatura, feita nos postos meteorológicos, tem a finalidade de registrar o regime térmico, ou seja, a evolução da temperatura no decorrer de um período (dia, mês, ano) num determinado lugar, e fornecer elementos para as cartas isotérmicas, mapas que mostram a distribuição geográfica da temperatura em relação a uma região, país, continente ou a toda a superfície da Terra. Essa distribuição depende fundamentalmente da latitude, da divisão de terras e águas entre um e outro hemisfério e das correntes marítimas.

De acordo com Wladimir Köppen, são cinco as zonas térmicas da Terra: (1) tropical, com temperaturas elevadas durante o ano todo e média térmica sempre superior a 20°C; (2) subtropical, onde a média térmica é inferior a 20°C num período mínimo de um mês e máximo de oito meses; (3) temperada, que apresenta temperaturas inferiores a 20°C durante oito meses ao ano no mínimo, e sensíveis diferenças entre as quatro estações do ano; (4) fria, com média térmica superior a 10°C apenas durante quatro meses; e (5) polar, com temperatura sempre inferior a 10°C.

À medida que a altitude aumenta, a temperatura costuma diminuir na razão de 1°C para cada 150 ou 200m; é o chamado gradiente de temperatura. Em algumas situações, no entanto, verifica-se exatamente o contrário; em regiões montanhosas, nas áreas cobertas de neve ou mesmo fora delas, durante certas madrugadas muito frias em pleno inverno, a temperatura aumenta na proporção em que aumenta a altitude.
Esse fenômeno, conhecido como inversão térmica, tem grande importância na meteorologia. Por meio dele se pode detectar a formação de nuvens e precipitações e determinar a visibilidade. A inversão térmica funciona como uma tampa que veda o movimento vertical do ar nas camadas abaixo dela.
Em conseqüência, a convecção produzida pelo aquecimento do ar por baixo fica limitada aos níveis sob a inversão. Isto também faz acumular poeira, fumaça e outros poluentes, que não conseguem se expandir. Além de todos esses fatores que prejudicam a visibilidade, há também a presença de neblina, já que o ar é mais frio junto à base da inversão.