Todas as substâncias são formadas por átomos ou moléculas ligadas por forças interatômicas e intermoleculares. Mas, essas partículas estão sempre muito agitadas, o que chamamos de agitação térmica.
Obs.: As linhas que ligam as partículas (átomos e/ou moléculas) representam as ligações entre elas (forças interatômicas, ou intermoleculares).
Dependendo do grau de agitação dos átomos ou moléculas de uma substância, a mesma pode se apresentar em três fases (sólida, líquida, ou gasosa):
Isso acontece porque quanto maior a agitação térmica, mais ligações são quebradas, e os átomos e moléculas passam a ter cada vez mais "liberdade", mudando assim de fase.
Também quanto maior for a agitação térmica dos átomos ou moléculas de uma substância, maior o volume ocupado por elas. A este fenômeno térmico chamamos de dilatação térmica. Quando a agitação diminui, ocorre o contrário, a contração térmica.
A grandeza física que mede o grau de agitação dos átomos e moléculas é chamada de temperatura.
Como medir significa comparar, o grau de agitação térmica de uma substância (temperatura) é obtido, comparando a agitação térmica dos seus átomos (ou moléculas), com a agitação térmica das moléculas da água ao mudar de fase.
Existem muitos tipos de termômetros (aparelhos que medem a temperatura), mas o mais comum é o termômetro de coluna de líquido.
Este termômetro tem um capilar de vidro (tubinho de vidro muito fino) ligado a um pequeno bulbo, também de vidro, onde é colocado um líquido, que não pode se solidificar na faixa de temperatua que pretendemos medir.
A escala Celsius (unidade °C), também conhecida como a escala centígrada, é usada na maioria dos países do mundo. Teve origem a partir do modelo proposto pelo astrônomo sueco Anders Celsius (1701-1744).
Celsius usou um aparelho semelhante ao descrito anteriormente, e usando o ponto de gelo (temperatura correspondente ao grau de agitação das moléculas de água ao mudar de fase de gelo para água, ou vice-versa) e o ponto de vapor (temperatura correspondente ao grau de agitação das moléculas de água ao mudar de fase de água para vapor, ou vice-versa), ao nível do mar, criou uma escala de temperatura.
O líquido dentro do termômetro ocupa uma volume correspondente à temperatura que tem.
Assim, Celsius colocou o aparelho em gelo em fusão, e o líquido dentro do termômetro ocupou um volume correspondente àquela temperatura (mesmo grau de agitação das moléculas do gelo em fusão). A este nível atribuiu, arbitrariamente, a temperatura de 0ᵒC.
Ele também colocou o instrumento em água fervente. O líquido (dentro do termômetro) aumentou de volume (dilatação térmica), subiu pelo capilar, e atingiu um nivel bem acima, o qual atribuiu, também arbitrariamente, a tempertura de 100ᵒC.
Escala Celsius de Temperatura
Uma outra escala foi proposta pelo físico e engenheiro alemão/polonês
Daniel Gabriel Fahrenheit, em 1724. Sua unidade é o grau Fahrenheit (símbolo: °F). Nesta escala, o ponto de gelo é de 32°F e o ponto de ebulição é de 212°F.
Escala Fahrenheit de Temperatura
O físico e engenheiro irlandês, William Thomson (Lord Kelvin), em 1848, escreveu sobre a necessidade de uma escala em que "frio infinito" (zero absoluto) fosse o ponto nulo (zero) de uma escala. Kelvin calculou que o zero absoluto é equivalente a -273ᵒC. Assim, foi estabelecida a escala absoluta (ou Escala Kelvin) de temperatura.
Diferentemente do grau Fahrenheit e do grau Celsius, o kelvin (K) não é referido nem escrito como um grau. O kelvin é a unidade de temperatura do Sistema Internacional de Unidades (S.I).
Escala Kelvin de Temperatura
(ou Escala Absoluta)
A menor temperatura na Escala Kelvin (ou absoluta) corresponderia à situação em que os átomos e moléculas não teriam nenhuma agitação térmica (0K). Mas existe uma lei física que afirma que essa temperatura é inatingível.
A firgura abaixo mostra os valores de temperatura correspondentes ao zero absoluto nas Escalas Celsius e Fahrenheit, respectivamente:
