O Kelvin (K) é a unidade de temperatura do Sistema Internacional de Unidades (SI) e uma de suas sete unidades fundamentais.
É amplamente utilizado em ciência e tecnologia devido à sua natureza absoluta e consistência com os princípios termodinâmicos.
Origem e definição
O nome desta unidade homenageia o físico e matemático britânico William Thomson Kelvin, conhecido como Lord Kelvin, que fez importantes contribuições à termodinâmica e propôs uma escala de temperatura absoluta.
Kelvin é definido a partir de dois pontos fundamentais:
- Zero absoluto (0 K): Corresponde à temperatura mais baixa possível, onde cessa todo movimento térmico em nível molecular. Este estado representa a ausência teórica de energia térmica.
- Ponto triplo da água: Um Kelvin é exatamente 1/273,16 da temperatura termodinâmica do ponto triplo da água. Este é o estado em que a água pode coexistir simultaneamente como sólido, líquido e gasoso em equilíbrio.
A equivalência entre as escalas Kelvin e Celsius é direta, pois uma diferença de 1 K é idêntica a uma diferença de 1 °C. Porém, seus valores de referência são diferentes, pois 0 °C equivale a 273,15 K.
Características da escala Kelvin
A escala Kelvin é uma escala absoluta , ou seja, começa no zero absoluto, sem valores negativos. Ao contrário das escalas Celsius ou Fahrenheit , o kelvin não utiliza o símbolo de grau (°). Isso porque ele não mede em “graus” relativos, mas sim em termos absolutos de energia térmica.
Por exemplo:
- 0 K (zero absoluto) representa a ausência teórica de movimento térmico.
- 273,15 K é o ponto de congelamento da água.
- 373,15 K é o ponto de ebulição da água (à pressão padrão).
Principais diferenças com outras escalas
- Celsius: Baseia-se em pontos de referência relativos (congelamento e ebulição da água). A escala Kelvin desce 273,15 unidades, mas as diferenças são equivalentes (1 K = 1 °C).
- Fahrenheit: Utiliza diferentes pontos de referência e uma relação não linear com Kelvin. Para converter de Kelvin para Fahrenheit, são necessárias etapas intermediárias.
Usos de Kelvin
Kelvin é essencial em múltiplas disciplinas científicas e técnicas devido ao seu caráter absoluto e preciso. Suas aplicações incluem:
1. Termodinâmica e física fundamental
Kelvin é essencial para descrever fenômenos térmicos e energéticos, tais como:
- Comportamento de gases ideais.
- Energia cinética média das partículas.
- Transferência de calor.
2. Temperatura de cor
Na iluminação e na fotografia, o Kelvin é usado para medir a temperatura da cor das fontes de luz, com base no princípio do corpo negro.
A temperatura de cor é uma medida que descreve as características cromáticas de uma fonte de luz, expressa em Kelvin (K). Baseia-se na ideia de como um corpo negro ideal (objeto que absorve toda a radiação eletromagnética incidente e reemite energia dependendo de sua temperatura) emite luz visível em diferentes temperaturas.
À medida que o corpo negro aquece, a luz que emite muda de cor, passando por diferentes tonalidades no espectro visível.
Por exemplo:
- Fontes quentes (luz avermelhada): ~2.000–4.000 K.
- Fontes frias (luz azulada): >7500 K.
3. Eletrônica e ruído térmico
Na engenharia eletrônica, Kelvin é usado para analisar ruído térmico em circuitos, conhecido como ruído Johnson-Nyquist. Esse ruído está relacionado à temperatura e permite avaliar a eficiência e as limitações dos sistemas eletrônicos.
4. Astronomia e cosmologia
Na astrofísica, o Kelvin mede temperaturas extremas, como a superfície das estrelas ou a radiação cósmica de fundo (~2,7 K).
Curiosidades e considerações históricas
- Anteriormente: O termo "grau Kelvin" (°K) era usado, mas desde 1968 o uso do símbolo de grau foi eliminado.
- Analogia errada: Kelvin às vezes é confundido com o grau Celsius devido à proximidade de suas magnitudes, embora conceitualmente sejam diferentes.