Física – Termologia – Termometria, tipos de termômetros.
Quem por primeiro tentou avaliar a temperatura de qualquer corpo, usando um instrumento baseado na variação das grandezas termométricas, foi Galileu Galilei, matemático e físico italiano, no século XVI/XVII.
Já na antiguidade percebeu-se a variação de temperatura corporal das pessoas, quando atacadas por uma moléstia infeciosa. Se a elevação ocorria em uma determinada parte do corpo, sabia-se que ali havia a presença de algum mal alterando o equilíbrio fisiológico do organismo. Usava-se cobrir a região ou mesmo o corpo inteiro de fina camada de lama e observar o lugar ou lugares em que a lama secava mais rapidamente. É uma forma de precursor da termografia.
O termoscópio ou termômetro de Galileu tem mais valor pela beleza de sua construção do que pelos resultados práticos. As bolhas de vidro, contendo mesmo líquido do tubo de vidro tinham volumes ligeiramente diferentes e levavam penduradas pequenas etiquetas metálicas onde se lia a temperatura. As variações de densidade causadas pela variação de temperatura faziam as bolhas subir ou descer e era possível fazer a leitura da temperatura. O maior inconveniente era o intervalo de funcionamento do aparelho. Era de alguma serventia no intervalo de aproximadamente 18^0C e 28^0C.
Ainda no século XVII Sanctorius realizou alguns aperfeiçoamentos no termômetro de Galileu. Além dele vários outros fizeram tentativas de chegar a alguma forma mais aperfeiçoada para medir as temperaturas.
Os passos definitivos nesse sentido foram dados por dois pesquisadores. O primeiro foi Daniel Gabriel Fahrenheit, nascido em Gdansk, no ano de 1686 e falecido em Haia no ano de 1736, intoxicado com vapores de mercúrio.
Seus primeiros termômetros usavam álcool como substância termométrica. Não satisfeito com as imprecisões ele se empenhou no aperfeiçoamento das técnicas de construção e substituiu o álcool por mercúrio. O uso do mercúrio, proporcionou a causa de sua morte ainda jovem.
Na escala que leva seu nome, o valor $0^0F$ ele estabeleceu usando uma mistura de água, gelo pilado, sal e amônia (equivalente a $\simeq-17,78^0C$. A temperatura do ponto de ebulição atribuiu $212^0F$. Esta escala segue em uso até os dias de hoje nos países anglo-saxões principalmente.
Obs.: Li certa vez em um livro de física, numa nota de rodapé, que ele teria usado para o ponto $0^0F$ um dia especialmente frio em sua cidade e $100^0F$ seria a temperatura corporal de sua esposa quando apresentava um estado de saúde ligeiramente febril. Há uma certa lógica, pois essas temperaturas correspondem a $0^0F\simeq -17,78^0C$ e $100^0F\simeq 37,78^0C$.
O outro foi Anders Celsius, sueco, nascido em Upsala, no dia 07/12/1700 e viveu até 06/05/1744. Foi destacado em várias atividades científicas, porém seu nome passou para a posteridade em função da escala termométrica sugerida em 1642.
Foi professor da Universidade de Upsala dos 29 anos até a morte. Em 1732 até 1735 viajou pela Alemanha, Itália e França, visitando mormente os observatórios astronômicos. Certamente o que ali viu o levou a tornar-se um dos fundadores do observatório de Upsala.
Ao apresentar sua escala termométrica, atribuiu os valores $0^0C$ ao ponto de ebulição da água e $100^0C$ ao ponto de fusão do gelo. Um ano após sua morte, em 1745, Carolus Linnaeus fez uma inversão, passando a usar os pontos fixos (fusão do gelo e ebulição da água) com os valores que até hoje vigoram P.G ($0^0C$) e PV($100^0C$).
Durante muito tempo os principais termômetros usados em todo mundo foram fabricados usando como substâncias termométricas o mercúrio e o álcool. Em tempos mais recentes surgiu uma restrição ao uso do mercúrio, tendo em vista o fato de, no caso de quebra do tubo de vidro, geralmente o mercúrio ser perdido, ocasionando a contaminação do ambiente com seus vapores tóxicos.
Como mostra a figura, os termômetros de álcool e mercúrio não apresentam diferença em sua construção básica. Um pequeno bulbo, repleto do líquido, ligado a um tubo capilar, onde o líquido se expande ou contrai ao dilatar durante as variações de temperatura.
Há, usando os mesmos líquidos, os chamados termômetros específicos. São destinados a usos dentro de determinadas especificações, como é o caso do:
Termômetro clínico
O termômetro clínico, usado nos consultórios, ambientes hospitalares e mesmo domésticos, tem seu uso limitado a aferir a temperatura corporal das pessoas ao constatar alguma alteração de saúde. Para evitar que a coluna do líquido encolha ao ser retirado do corpo para leitura, na saída do bulbo para o capilar, existe um estreitamento do canal, impedindo o retorno espontâneo do líquido. Certamente você, em algum momento, viu um médico ou enfermeira com um termômetro na mão e agitando-o, segurando pela outra extremidade. Ele ou ela está preparando o instrumento pra que possa ser usado e indicar a temperatura com mais exatidão. Sua escala geralmente abrange o intervalo entre $30^0C$ e $45^0C$.
Termômetro de Máxima e mínima
É um termômetro constituído em verdade por dois termômetros interligados, ou duas partes. Há álcool e mercúrio. Sua finalidade é fornecer o valor da temperatura máxima e da mínima no decorrer de um certo período de tempo, em geral um dia.
Na figura podemos notar que há dois tubos, do tipo “vasos comunicantes”, onde vemos uma parte recheada de líquido mais escuro, que é o mercúrio e o restante mais claro, onde temos álcool.
Há também dois pequenos índices metálicos que são empurrados pelo mercúrio até o ponto da temperatura máxima ou mínima. Sendo dois pequenos cilindros ocos, permitem a passagem do álcool mas não o do mercúrio, devido à densidade deste ser muito maior. Ao lado do termômetro um pequeno anel traz em sua parte inferior um ímã. Com ele o observador, após fazer a leitura das temperaturas do período passado, desloca os índices até encostar no mercúrio, deixando o termômetro preparado para medir as temperaturas extremas do próximo período de 24 horas.
Termômetro de bulbo úmido
É um termômetro que se destina a determinar a sensação térmica e por isso seu bulbo é envolvido em um tecido embebido em água destilada, que um pequeno reservatório mantém constantemente úmido. Também é utilizado na Higrometria, isto é, determinação da umidade relativa do ar. Quanto mais seco for o ar, maior será a velocidade de evaporação da água do tecido em torno do bulbo, retirando mais calor. Assim ele indicará uma temperatura inferior à temperatura medida em um termômetro de bulbo seco. Esse fenômeno explica por que, se saímos da água do mar, rio, lago ou piscina e sopra uma brisa, sentimos mais frio do que se estivéssemos com o corpo seco. É a evaporação da águas aderente à pele que provoca a sensação de frio.
Nos dias de elevada umidade do ar a temperatura de bulbo úmido se aproxima da de bulbo seco.
Termômetro de gás
Nota-se pela figura que esse termômetro não é fácil de manusear, o que o torna impróprio para uso corriqueiro no dia a dia. Mas é o mais preciso, servindo portanto como termo de comparação para aferir a precisão de outros termômetros mais simples, fáceis de manusear, mas pecam por serem menos precisos.
Termômetros bimetálicos
Tem seu funcionamento baseado na união por meio de rebites de duas lâminas de metais diferentes. Essa união causa um encurvamento quando elas são submetidas a variação térmica, permitindo, por meio de um sistema de ampliação, construir termômetros de boa precisão e uma ampla faixa de temperaturas alcançadas. Servem para diversos usos práticos e específicos.
Termopares ou pares termoelétricos
Quando unimos por fusão (solda) as extremidades de dois fios metálicos, formamos um termopar. A submeter a junção a uma variação de temperatura ocorre o deslocamento de elétrons de um para o outro, criando uma corrente elétrica da ordem de $mA$. Esta corrente permite atribuir valores numa escala termométrica. Servem muito bem para uso em usinas de fundição, onde as temperaturas são elevadas, impedindo o uso de outros tipos de termômetros.
Termômetros infravermelhos e outras radiações
O desenvolvimento da radiometria e da microeletrônica, permitiu a criação de uma vasta gama de termômetros baseados em radiações, sem necessidade de contato entre o instrumento e o corpo avaliado. Nos dias da pandemia de Corona Vírus (Sars-Cov-02) causador da doença denominada Covid-19, é um instrumento presente em toda parte. Sendo um dos sintomas mais usuais a febre entre os infectados, os técnicos, enfermeiros e médicos evitam o contato físico medindo a temperatura à distância mais segura. Mas esse método foi desenvolvido primeiramente para medição da temperatura de estrelas e outros astros do Universo.
Vemos diariamente na TV, mostrando locais em que é feito controle de acesso com aferição da temperatura, o encarregado aponta para a testa do indivíduo uma espécie de pistola e aparece, praticamente no mesmo instante, num display de cristal líquido a leitura da temperatura corporal da pessoa. Isso torna o processo muito mais ágil. É fácil imaginar o tamanho do transtorno que seria se fosse necessário usar um termômetro de vidro da moda antiga. Simplesmente inviável.
Termômetros culinários
São termômetros bimetálicos ou termopares, especificamente produzidos para uso nas cozinhas dos grandes restaurantes e estabelecimentos de culinária.
Há uma grande diversidade de termômetros para as mais diferentes finalidades. Ficaria extenso listar um por um aqui e não estou fazendo um catálogo mas mostrando as principais formas e tipos de termômetros.
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Curitiba, 25 de julho de 2020
Décio Adams
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