Temperatura mede o grau de agitação térmica das partículas; calor é energia em trânsito por diferença de temperatura. Equilíbrio térmico é a igualdade de temperaturas (lei zero). Um corpo não “tem” calor — tem energia interna, e o calor só existe enquanto flui.
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Aprofundando: temperatura é uma grandeza física escalar que traduz, na escala microscópica, a energia cinética média de translação das partículas de um sistema — por isso, ao aquecermos água de 20 °C a 80 °C, não “criamos” calor dentro dela, apenas aumentamos a agitação molecular, o que dilata o líquido e eleva sua pressão de vapor. Esse caráter estatístico explica por que a temperatura só faz sentido para conjuntos com muitos átomos: uma única molécula não tem temperatura bem definida. Já o calor é energia térmica em trânsito, espontaneamente do corpo de maior para o de menor temperatura, cessando no equilíbrio térmico; a energia interna, por sua vez, soma as energias cinética e potencial das partículas e depende também da massa e da substância — um litro de água a 50 °C tem mais energia interna que uma gota a 50 °C, embora ambas tenham a mesma temperatura.
Exemplo concreto: ao misturar 200 g de água a 80 °C com 200 g a 20 °C, em recipiente isolado, o calor flui da quente para a fria até ambas atingirem cerca de 50 °C; se as massas fossem diferentes, a temperatura final se aproximaria da maior massa.
Escalas termométricas
Celsius adota 0 e 100 para fusão e ebulição da água ao nível do mar; Fahrenheit, 32 e 212; Kelvin é a escala absoluta, com zero no repouso térmico, sem valores negativos. Vale $T_K=\theta_C+273$.
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Por trás da simples atribuição de números a sensações térmicas existe uma lógica de proporcionalidade: toda escala termométrica é construída escolhendo-se dois pontos fixos (geralmente fusão e ebulição da água sob pressão normal) e dividindo o intervalo entre eles em partes iguais. O que muda de uma escala para outra é apenas o tamanho do grau, e é daí que nasce a equação geral de conversão, que relaciona as três escalas por meio de uma proporção entre as colunas de mercúrio: (θC − 0)/(100 − 0) = (θF − 32)/(212 − 32) = (TK − 273)/(373 − 273). Simplificando, chega-se a θC/5 = (θF − 32)/9 = (TK − 273)/5, expressão que permite converter qualquer valor sem decorar fórmulas isoladas.
Conversão entre escalas e equações termométricas
Relação geral: $\frac{\theta_C}{5}=\frac{\theta_F-32}{9}=\frac{T_K-273}{5}$. Para uma escala arbitrária, monte a proporção entre os pontos fixos. Curiosidade cobrada: $-40°$ é o único valor em que Celsius e Fahrenheit coincidem.
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Toda escala termométrica nasce de um mesmo procedimento experimental: escolhem-se dois pontos fixos — as temperaturas de fusão do gelo e de ebulição da água, sob pressão de 1 atm — e atribuem-se a eles valores numéricos arbitrários, dividindo o intervalo entre eles em partes iguais. Celsius adotou 0 e 100, Fahrenheit adotou 32 e 212, e Kelvin deslocou a origem para o zero absoluto, preservando o tamanho do grau Celsius. Como o comprimento de cada grau é o mesmo em Celsius e Kelvin, mas Fahrenheit distribui 180 graus onde os outros distribuem 100, surge a razão 5/9 que conecta as escalas. A chave para entender qualquer conversão é perceber que ela é uma regra de três entre intervalos, não entre valores absolutos: o que se compara é quanto cada escala "caminha" a partir de seu ponto de fusão.
É exatamente por isso que, ao converter, subtraímos o ponto de fusão antes de multiplicar pela razão — esquecer essa subtração é o erro mais comum dos vestibulandos. Para escalas arbitrárias, o raciocínio é idêntico: sejam $X_f$ e $X_e$ os valores do ponto de fusão e de ebulição numa escala X qualquer, a relação com Celsius é $\frac{\theta_C-0}{100-0}=\frac{\theta_X-X_f}{X_e-X_f}$, ou seja, $\frac{\theta_C}{100}=\frac{\theta_X-X_f}{X_e-X_f}$. Toda fórmula de conversão é apenas um caso particular dessa proporção mestra. Veja um exemplo concreto: numa escala X, o gelo funde a $-20\,°X$ e a água ferve a $130\,°X$. Qual o valor em Celsius correspondente a $40\,°X$?
Aplicando a proporção, $\frac{\theta_C}{100}=\frac{40-(-20)}{130-(-20)}=\frac{60}{150}=0{,}4$, logo $\theta_C=40\,°C$.
Saber montar a relação geral a partir dos pontos fixos, portanto, resolve qualquer variação do problema.
Variações de temperatura nas três escalas
Cuidado: variações seguem outra relação — $\frac{\Delta\theta_C}{5}=\frac{\Delta\theta_F}{9}=\frac{\Delta T_K}{5}$. Como $\Delta\theta_C=\Delta T_K$, uma variação de 1 °C equivale a 1 K, mas a 1,8 °F. Somar 273 numa variação é erro clássico.
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O ponto central é entender por que as variações não seguem a mesma regra das conversões absolutas: as escalas Celsius e Kelvin têm o mesmo tamanho de grau, então suas variações coincidem numericamente, enquanto a escala Fahrenheit usa um grau menor, de modo que cada grau Celsius corresponde a 1,8 grau Fahrenheit em variação. Isso vem da própria definição das escalas: entre o ponto de gelo e o ponto de vapor, Celsius e Kelvin dividem o intervalo em 100 partes iguais, e Fahrenheit em 180, daí a razão 100/180 = 5/9 entre as variações.
A dica prática é sempre perguntar "é temperatura ou é variação?" antes de aplicar qualquer fórmula, pois usar a equação absoluta em uma variação é o erro clássico que derruba muitos candidatos em Fuvest e Unicamp.
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Escalas termométricas — conversão
Celsius↔Fahrenheit é uma reta (F = 1,8C + 32) e Celsius↔Kelvin é só um deslocamento (K = C + 273). Em −40° as escalas C e F coincidem.