Intuitivamente temperatura é a medida do nível de “quentura” de um sistema. Estatisticamente, tal grandeza é verificada ser proporcional à densidade média de energia cinética translacional das partículas de um sistema em relação ao seu centro de massa (isto é, caótica). Na temperatura não estão incluídas as energias cinéticas vibracionais e rotacionais internas da partícula nem as energias potenciais internas à partícula nem entre as partículas. Por partículas entende-se as unidades individuais constitutivas do sistema (moléculas, átomos, íons, elétrons livres, fótons, neutrinos etc). Há casos em que um grupo dessas partículas não se acopla com outro, de modo que se pode falar em “temperatura dos neutrinos” ou dos elétrons, separadamente do resto. A que sentimos na pele é a dos constituintes que interagem com nossa pele (neutrinos não, por exemplo, mas fótons sim, basta ver a diferença de temperatura de algo ao sol ou na sombra). A Energia Interna de um sistema, contudo, inclui o TOTAL de todas as modalidades de energia computadas em relação ao seu centro de massa.
No caso especial de um sistema muito simples, denominado “Gás Perfeito”, a Energia Interna é função APENAS da temperatura e no número de partículas, mas em outros casos não. Por exemplo, se houver interação entre as partículas, cuja energia potencial depende do número de “pares de partículas”, este fator entrará na energia interna. É o caso do Universo como um todo, em que as partículas interagem gravitacionalmente. Num volume em laboratório isto também existe, mas a contribuição é irrelevante. Mas não no Universo como um todo. Assim, ao se expandir, o Universo aumenta sua energia potencial gravitacional total. Como não se faz trabalho nem se transfere calor a ele, sua energia interna fica constante e logo a cinética tem que diminuir, diminuindo a temperatura.
O esvaziamento de um pneu não é um processo adiabático porque, mesmo não havendo transferência de calor pelas paredes, há retirada de calor pela massa de gás exaurida, considerando como sistema o interior do pneu. Se o esvaziamento for para a atmosfera, pode-se desprezar o trabalho, mas se for para um recipiente com êmbolo, haverá trabalho ao empurrar o êmbolo. No primeiro caso há, simultâneamente, queda da pressão e do número de moles, na equação PV=nRT, suposta aplicável. Como o volume permanece constante a queda de pressão se deve à redução no número de moles, ficando, pois, a temperatura constante. De um modo geral, as variações seriam dadas por PdV + VdP = RTdn +RndT. No enchimento do pneu, ao se comprimir a bomba, há redução do volume pneu+bomba, sem variação do número de moles e com aumento da temperatura e da pressão, que podem ser verificados por um manômetro e um termômetro. Logo que a bomba é comprimida, a transformação pode ser considerada adiabática, mas, em breve, observa-se o aquecimento da parede da bomba, mostrando a perda de calor do gás.
Temperatura, que mede o estado de “quentura” de um sistema qualquer, é um valor proporcional (numa escala arbitrária – no SI é a Kelvin) à densidade (por partícula e não por massa) da energia cinética translacional das partículas. Isto é, não contam as energias potenciais entre as partículas e nem dentro da partícula e nem as energias cinéticas interiores à partícula (rotacionais e vibracionais). Entende-se por partícula, neste caso, o sistema que permanece íntegro (molécula, átomo ou íon). A energia interna considera a totalidade (e não a densidade) de todas as modalidades de energia. O fato da energia interna ser proporcional à temperatura (e ao número de partículas) só se dá em gases perfeitos (que não interagem exceto nas colisões), sendo a constante de proporcionalidade dependente do número de graus de liberdade do particionamento da energia (3 para a translacional, e outros para a rotacional e vibracional, dependendo do número de átomos da molécula).
A expansão do Universo é adiabática (pois não há nada além para dar ou receber calor), e tampouco acompanhada de realização de trabalho (pelo mesmo motivo), conservando, assim, a energia interna. Mas é acompanhada de redução de temperatura, pois o afastamento das partículas aumenta a energia potencial gravitacional, acarretando redução da cinética, cuja densidade (na parte translacional) é a temperatura. Outra interpretação é a de que o afastamento mútuo se configura em um trabalho negativo do campo gravitacional sobre o sistema de partículas, o que reduziria a energia interna desse sistema. Nesta última concepção estou considerando o campo gravitacional como algo “externo” ao sistema de partículas considerado como Universo. Prefiro a primeira consideração, por entender que Universo é o conjunto de tudo, inclusive do campo gravitacional.
