Por que a escala Kelvin de temperatura não possui grau?

Já percebeu que as escalas Celsius e Fahrenheit possuem grau em sua notação (°C e °F), mas a escala Kelvin não possui grau (K)? Por que isso acontece? É o que vamos explicar agora. Acompanhe.

De cima para baixo: ponto de ebulição da água, ponto de fusão da água e zero absoluto. Imagem: Shutterstock.

A escala Kelvin de temperatura foi uma ideia original de William Thompson, inventor e cientista britânico nascido em Belfast – também conhecido como Lorde Kelvin. É uma das três escalas mais usadas para medir a temperatura, assim como Celsius e Fahrenheit.

Da mesma forma que as outras escalas de temperatura, os pontos de fusão e ebulição da água são parâmetros para o estabelecimento da variação da escala. Existem 100 gradações entre a temperatura em que a água congela (273,16 K) e ferve (373,16 K).

Cada unidade nessa escala, chamada de Kelvin ao invés de grau, é igual ao grau correspondente na escala Celsius. Por essa razão usa-se apenas o K e não o símbolo do grau, quando se faz referência a temperaturas em Kelvin.

É preciso lembrar que os “graus” são apenas unidades arbitrárias de medida, como 0 ºC sendo o ponto de fusão da água e 100 °C o ponto de ebulição. Essa divisão é arbitrária, tendo sido adotados dois pontos de referência, sendo subdivididos em cem “graus” apenas por questão de conveniência, assim como na escala Fahrenheit. 

Já na escala Kelvin é diferente, uma vez que não se usa pontos arbitrários como referência (embora eles sejam considerados), e sim o grau de agitação das moléculas, que é a verdadeira definição de temperatura.

Não existem números negativos na escala Kelvin, sendo 0 K o número mais baixo (temperatura em que, teoricamente, as moléculas parariam de se agitar). 

A ideia para o estabelecimento da escala Kelvin veio de uma descoberta ocorrida nos anos de 1800, a partir da correlação entre o volume e a temperatura de um gás. Cientistas teorizaram que o volume de um gás deveria chegar a zero em uma temperatura de - 273,15 °C.

Zero Absoluto

Em 1848, Kelvin usou esse fenômeno como base para uma escala absoluta de temperatura. Ele definiu como “absoluta” a temperatura em que as moléculas parariam de se mover, ou o “frio infinito”.

A partir do zero absoluto, ele usou a mesma unidade (100 subdivisões entre o ponto de fusão e o ponto de ebulição da água) que Celsius para determinar a progressão da escala.

O zero absoluto tecnicamente não pode ser alcançado. Entretanto, cientistas foram capazes de abaixar a temperatura até apenas uma fração acima do zero absoluto através de técnicas como retardar as partículas usando lasers.

A escala Kelvin também é influenciada pela máquina de Carnot, uma teoria que examina a relação entre pressão, trabalho e temperatura. É um dos fundamentos da física e da termodinâmica, além de ser a medida da eficiência de uma máquina.

Kelvin era um matemático talentoso, o qual desempenhou um papel muito importante com algumas de suas outras invenções, incluindo um instrumento que levou ao sucesso do cabo telegráfico e de muitos instrumentos náuticos.

Sua pesquisa sobre a natureza do calor ajudou-o a elaborar a segunda lei da termodinâmica, a qual diz que o calor não irá fluir do corpo mais frio para o corpo mais quente.

A documentação que Kelvin deixou acerca dessa lei diz que parte do calor de uma fonte de energia de alta temperatura será rebaixado para energia de baixa qualidade.

Usos da escala Kelvin

A escala Kelvin é popular por causa da falta de números negativos. Essa escala é conveniente para registrar temperaturas muito baixas de hélio e nitrogênio líquidos, por exemplo.

A ausência de números negativos também simplifica o cálculo de diferenças de temperatura, como para dizer que uma temperatura é três vezes maior do que outra.

Uma outra escala absoluta de temperatura, a escala de Rankine, é usada em aplicações de engenharia.

A escala Kelvin também é usada para precisar a temperatura de materiais com base na cor e é tipicamente usada na iluminação. Na iluminação, serve para representar a temperatura da cor, como branco, azul ou vermelho vivo, o que relata a temperatura física de um objeto.

Durante sua pesquisa, Kelvin aqueceu um bloco de carbono, a qual progrediu de uma cor vermelho escuro, alcançando um amarelo mais brilhante de acordo com o aumento da temperatura, chegando a um azul brilhante-branco incandescente nas temperaturas mais altas.

Cálculos para a conversão

- De Kelvin para Fahrenheit: subtraia 273,15; multiplique por 1,8 e some 32.

- De Fahrenheit para Kelvin: subtraia 32; multiplique por 5; divida por 9 e some 273,15.

- De Kelvin para Celsius: adicione 273.

- De Celsius para Kelvin: subtraia 273.

Fontes: Live Science e The Answer Bank.