Área - Física
Ensino Médio, 2ª Série
Escalas termométricas
FÍSICA, 2ª Série
Escalas Termométricas
TERMOLOGIA é a parte da Física que estuda os
fenômenos relacionados com o calor e a temperatura.
Imagem: Fir0002, flagstaffotos.com.au / GNU Free Documentation
License / http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Fire02.jpg
Imagem: Gérald Tapp / Creative Commons Attribution-Share Alike
3.0 Unported
Temperatura: é uma grandeza física, que mensura
a energia cinética média de cada grau de
liberdade de cada uma das partículas de um sistema
em equilíbrio térmico. Esta definição é análoga a
afirmar que a temperatura mensura a energia
cinética média por grau de liberdade de cada
partícula do sistema, uma vez consideradas todas as
partículas de um sistema em equilíbrio térmico em
um certo instante. A rigor, a temperatura é definida
apenas para sistemas em equilíbrio térmico.
(wikipédia)
Calor: é a energia térmica que flui de um corpo de maior temperatura para um de
menor temperatura.
Imagem: SEE-PE
Imagem: Greg L / GNU Free Documentation
License
Calor e Temperatura
As partículas constituintes dos corpos estão em contínuo movimento.
Entende-se temperatura, como sendo uma grandeza que mede a
maior ou menor intensidade dessa agitação térmica.
A quantidade que informa quão quente ou frio é um
objeto em relação a algum padrão é chamada de
temperatura (1).
Imagens: SEE-PE

Menor temperatura
Maior temperatura
Frequentemente associamos o conceito de temperatura com o grau de quente
ou de frio de um corpo que tocamos .
Se os corpos estiverem a
temperaturas diferentes, a
energia pode ser trocada entre
eles (2).
No equilíbrio térmico os corpos em contato térmico deixam de trocar energia.
Imagem: SEE-PE
A nossa pele é sensível à taxa de transferência de energia e não à
temperatura do corpo .
Imagem: SEE-PE
Lei Zero da Termodinâmica
"Se dois corpos estão em
equilíbrio térmico com um
terceiro, então eles estão
em equilíbrio térmico entre
si." (3)
Termometria
É a partir da termologia que se estudam os processos de medição da temperatura
de um corpo.
Imagem: Zwager / Public Domain
Termômetro – Um dispositivo calibrado para medir a temperatura do corpo.
Termômetro
• Instrumento destinado a medir
a temperatura dos corpos;
• A medida da temperatura é
feita de forma indireta;
• Grandezas e substâncias
termométricas;
Imagem: Geof from de.wikipedia.org / GNU Free
Documentation License
COMO MEDIR A TEMPERATURA
Algumas das propriedades físicas que mudam com a temperatura e que são
usadas nos termômetros:
•
•
•
•
•
•
o volume de um líquido;
o comprimento de um sólido;
a pressão de um gás mantido a volume constante;
o volume de um gás mantido a pressão constante;
a resistência eléctrica de um condutor;
a cor de um corpo quente.
TIPOS DE TERMÔMETROS
Podem ser: de mercúrio, a álcool, clínico, Six e Bellani, de
resistência elétrica, bimetálico, de pressão de gás, laser e
infravermelho.
Imagem superior à esquerda: Menchi / GNU Free Documentation
License. Inferior à esquerda: Biol / Public Domain. E acima: Optris /
Creative Commons Attribution-Share Alike 3.0 Unported.
Escalas Termométricas - GRADUAÇÃO
Escalas Termométricas
A Escala Celsius construída em 1742, pelo físico e astrônomo
sueco Anders Celsius, que adotou para o ponto de fusão de
gelo o valor 0 (zero) e para o ponto de ebulição da água o
valor 100 (cem). Dividiu-se o intervalo obtido entre os pontos
fixos em cem partes iguais, em que cada parte corresponde a
uma unidade da escala e foi denominada de grau Celsius,
cujo símbolo é o °C.
Como o intervalo entre os pontos fixos dessa escala foi
dividido em cem partes iguais, ela recebeu o nome
de centesimal e, atualmente, a Escala Celsius é a mais
utilizada em todo o mundo (4).
Imagem: Pearson Scott Foresman / Wikimedia Foundation /Public Domain
Imagem: Olof Arenius /
Astronomical
observatory of Uppsala
University / Public
Domain.
Escala Celsius
A Escala Fahrenheit foi construída, em 1727, pelo físico alemão
Daniel Gabriel Fahrenheit, que adotou o valor 0 (zero) para a mistura:
água, gelo picado e sal; e o valor 100 para a temperatura do corpo
humano. Dividiu-se o intervalo entre esses pontos fixos em 100 partes
iguais e cada parte recebeu o nome de grau Fahrenheit, cujo símbolo
é °F.
Ao compararmos os pontos fixos escolhidos por Fahrenheit e Celsius,
temos para o ponto de fusão do gelo, sob pressão de 1 atmosfera, o
valor 32 °F e para o ponto de vapor da água, também sob pressão de
1 atmosfera, o valor 212 °F; o intervalo dividido em 100 partes iguais
pelo sueco (Celsius) é dividido em 180 partes iguais Fahrenheit (5).
Esta escala foi utilizada principalmente pelos países que foram colonizados pelos britânicos,
mas seu uso atualmente se restringe a poucos países de língua inglesa, como os Estados
Unidos e Belize.
Imagem: Pearson Scott Foresman / Wikimedia Foundation /Public Domain
Escala Fahrenheit
Daniel Gabriel Fahrenheit, polonês e
muito rico, viveu de 1686 a 1736.
Inspirou-se, para construir a sua escala
termométrica,
no
grande
físico
dinamarquês Olaus Roemer, que foi a
primeira pessoa a medir a velocidade da
luz. Roemer construía termômetros, e
Fahrenheit, que nessa época vivia em
Copenhagen, costumava visitá-lo para
aprender a fazer termômetros também.
Roemer usava como temperaturas a
solução em equilíbrio de água e gelo, e a
temperatura do corpo humano (6).
Olaus Roemer trabalhando em seu laboratório.
Imagem: Autor Desconhecido, 1735 / Horrebows Basis Astronomiæ / United States Public Domain
Qual a proporção de água para sal,
usada por Fahrenheit na sua experiência
em que desenvolveu a escala de mesmo
nome?
Imagem: Autor Desconhecido / United States public domain
Quando começou a construir os seus termômetros, Fahrenheit
procedia assim: colocava os termômetros (vários deles) em
mistura de água com gelo e marcava neles o valor 30; a seguir,
colocava - os (um a um, é claro) na axila "de uma pessoa com
saúde" e marcava 90. A esta altura, os termômetros já estavam
calibrados. Para testar a calibração, colocava-os depois em
uma mistura de água, gelo e sal do mar, ou de água, gelo e sal
de amônia, e exigia que todos marcassem a mesma
temperatura. Essa mistura era feita na hora, sem proporções
especificadas, pois servia só para verificar se todos marcavam a
mesma temperatura. Isto está relatado no seu trabalho,
publicado nas Philosophical Transactions of the Royal Society of
London, volume 33, página 78, de 1724. Portanto, ele não diz
em lugar nenhum quais as proporções da mistura, e
provavelmente ele mesmo não sabia, e nem era necessário,
para o fim a que se destinava. Mais tarde, a temperatura da
mistura água-gelo passou a ser chamada de 32, e a do corpo
humano de 96. Esta última, é claro, não se usa mais: usa-se,
como você sabe, a temperatura de ebulição da água a uma
pressão bem estabelecida (7).
Assinatura: Daniel Gabriel Fahrenheit /
United States Public Domain
Em 1724, época em que muitos cientistas criavam seus próprios
termômetros e seus valores, as vantagens da utilização do grau
Fahrenheit eram muito mais perceptíveis, tanto para uso da ciência
local, quanto para o uso no dia a dia. Atualmente, as vantagens dessa
medição, tanto para a ciência, quanto para o dia a dia parecem pouco
úteis, devido ao avanço da ciência (8).
• Em países de clima frio, as temperaturas
assumem, quase sempre, valores positivos na
escala Fahrenheit, o que não é acompanhado
pela graduação em Celsius. O zero Fahrenheit é 17,78 °C, portanto, poucas serão as situações
em que serão apresentados valores negativos na
previsão do tempo, o que facilita a compreensão
de temperatura pelos habitantes de países de
clima frio, principalmente para cálculos de
amplitude térmica pelos mais humildes.
(Exemplo: uma cidade com temperatura abaixo
do ponto de fusão da água somente durante a
noite) (9).
Imagem: Pearson Scott Foresman / Wikimedia Foundation /Public Domain
VANTAGENS
VANTAGENS
• O fato de existir uma maior quantidade de números em um mesmo intervalo,
quando comparados Fahrenheit e Celsius (1,8 pra 1) faz com que todos os
arredondamentos para valores inteiros se mostrem muito mais próximos do
valor real. Entretanto, críticos sugerem que, mesmo a diferença de 1 grau na
escala Celsius (para a temperatura da cidade) é uma variação muito pequena
para ser atribuída uma vantagem a esta característica. Antigamente, na época
da criação do sistema, esta era uma vantagem válida para medições
meteorológicas que deviam ser as mais acuradas possíveis, principalmente para
estudos físicos e registros históricos (10).
VANTAGENS
• Em Celsius, a definição da passagem de estado febril para febre que precisa da
utilização de medicamentos está entre os valores 37 e 38 °C. Em Fahrenheit,
acostumou-se a tratar pacientes com medicamentos, quando a febre destes chega
a valores de 3 dígitos (100 °F = 37,78 °C). É usual encontrar, nos países que
utilizam a medida, enfermeiras falando: "A temperatura já atingiu três dígitos,
vamos dar uma medicação". Numa época pré-industrial e antes do
aperfeiçoamento do setor de saúde, esta foi uma valiosa informação para
enfermeiros e médicos, fato que parece perder a importância com o passar do
tempo (11).
Escala kelvin
Imagem: Autor
Desconhecido /
United States public
domain
O Termômetro de Gás
O
comportamento
observado
nesse dispositivo é a variação da
pressão com a temperatura de um
volume fixo de gás.
Foi calibrado utilizando-se os pontos de
fusão do gelo e de ebulição da água.
O reservatório B de mercúrio é levantado ou
abaixado até que o volume do gás
confinado esteja em algum valor, indicado
pelo ponto zero da régua (12).
A altura h (a diferença entre os níveis do
reservatório e da coluna A) indica a
pressão no frasco, de acordo com a
equação:
P  P0  gh
Imagem: Kuroisam / Public Domain
Imagem: SEE-PE
Curva de calibração
Imagem: Kuroisam
/ Public Domain
Se quisermos medir a temperatura de uma substância, colocamos o frasco de
gás em contato térmico com a substância e ajustamos a coluna de mercúrio até
que o nível na coluna A retorne a zero.
A altura da coluna nos informa a pressão do gás e podemos, então, encontrar a
temperatura da substância, a partir da curva de calibração (13).
Experimentos mostram que as leituras do termômetro são quase independentes do
tipo de gás utilizado, para que a pressão do gás seja baixa e a temperatura bem
acima do ponto no qual o gás se liquefaz.
A figura mostra a curva de calibração para três gases diferentes.
Observamos que se estendermos as
retas rumo às temperaturas negativas,
para P=0, a temperatura é de –273,15
C para as três retas.
Isso sugere que essa temperatura em
particular tem importância universal,
pois não depende da substância usada
no termômetro.
Imagem: SEE-PE
Tal temperatura deve representar um limite inferior para os processos físicos, porque
a pressão mais baixa possível é P=0 (seria um vácuo perfeito).
Definimos a temperatura de –273,15 C como sendo o zero absoluto (14).
RELAÇÃO VOLUME - TEMPERATURA DE UM GÁS A PRESSÃO CONSTANTE.
ZERO ABSOLUTO
Kelvin verificou, experimentalmente, que a pressão de um gás diminuía 1/273 do
valor inicial, quando resfriado a volume constante de 0 °C para – 1 °C. Como a
pressão do gás está relacionada com o choque de suas partículas com as paredes do
recipiente, quando a pressão fosse nula, as moléculas estariam em repouso, a
agitação térmica seria nula e a sua temperatura também. Conclui-se, então, que isso
aconteceria se transformássemos o gás até – 273°C (15).
Imagem: Celsius_kelvin_estandar_1954.png: Homo logos / Modificações
feitas por Kismalac / GNU Free Documentation License.
Assim, Kelvin atribuiu o valor zero para este
estado térmico e o valor de 1 kelvin a uma
extensão igual à do grau Celsius, de modo que
o ponto de fusão do gelo, corresponde a 273 K
e o ponto de ebulição da água, corresponde a
373 K. O nome e o símbolo grau kelvin foram
abolidos em convenção científica internacional
e substituídos simplesmente por kelvin;
portanto, ao invés de 10 °K, escreve-se 10 K e
lê-se: dez kelvin (16).
Posteriormente, descobriu-se ser impossível atingir o estado de
agitação molecular nulo; as moléculas têm uma energia mínima
denominada energia do ponto zero, e o zero absoluto é
inatingível na prática. O zero absoluto é obtido por extrapolação
e não deve ser interpretado como o estado em que as partículas
estariam em completo repouso, pois elas possuem uma energia
mínima finita e apresentam movimento (17).
CONVERSÃO ENTRE AS ESCALAS
Imagens: SEE-PE
TERMÔMETRO CLÍNICO
Imagem: Zwager /
Public Domain
É um termômetro de mercúrio adaptado para funcionar no intervalo de temperaturas de 35°C a
44°C. Normalmente, é utilizado na determinação da temperatura do corpo humano e de outros
seres vivos. Como é construído com a finalidade básica de indicar a temperatura mais
elevada por ele atingida, quando em contato com o corpo humano, o termômetro clínico é
considerado um termômetro de máxima.
Para que esse objetivo seja alcançado, há um estrangulamento do tubo capilar na região que o
liga ao bulbo, evitando, assim, o refluxo de mercúrio após ter atingido a temperatura máxima.
Para desfazer o efeito do estrangulamento, é suficiente sacudir o termômetro com movimentos
rápidos, pois a inércia do mercúrio leva-o de volta ao bulbo. O termômetro clínico deve ter
pequenas dimensões, a fim de atingir o equilíbrio térmico com o corpo humano rapidamente, e sua
escala deve ser fracionada para que seja sensível à pequenas variações de temperatura. Na prática,
o termômetro clínico apresenta tubo capilar de alguns milímetros de diâmetro e comprimento de
dez centímetros aproximadamente (18).
O termômetro clínico, quando usado em mais de um paciente, pode funcionar como
veículo de contaminação microbiana. Assim, após cada tomada de temperatura, ele
deve ser esterilizado. Mas, devido ao pequeno intervalo de temperaturas (35°C a
44°C) em que ele trabalha, essa esterilização não pode ser feita através de processos
que utilizam temperaturas elevadas. O álcool é, portanto, o antisséptico
recomendado.
Os termômetros de mercúrio são muito utilizados na prática, pois:
- o mercúrio é facilmente obtido em elevado grau de pureza;
- o mercúrio apresenta dilatação térmica regular e muito superior à do vidro;
- sob pressão normal, o mercúrio é líquido num intervalo de temperaturas bastante
extenso (entre 39°C e 359°C), o que abrange os fenômenos térmicos mais frequentes;
- o mercúrio não adere ao vidro e não reage com ele;
- os termômetros de mercúrio são de fácil construção e cômodos no manuseio (19).
ESCALA RÉAUMUR
A escala Réaumur é uma escala de temperatura concebida
em 1731 pelo físico e inventor francês René-Antoine Ferchault de
Réaumur (1683-1757), cujos pontos fixos são o ponto de
congelamento da água (zero) e seu ponto de ebulição (80 graus).
Inventou um termômetro a álcool e apresentou uma escala
termométrica para esses tipos de termômetros (1730), que fez
muito sucesso na Europa Ocidental.
Assim, a unidade desta escala, o grau Réaumur, vale 4/5 de 1
grau Celsius e tem o mesmo zero que o grau Celsius. Seu símbolo
é °R.
Imagem: Green Lane / GNU Free Documentation License
Imagem: J. Pizzetta / United States
public domain
OUTRAS ESCALAS – EM DESUSO
Escala Termométrica inventada por
William John Macqorn Rankine
(1820 - 1872), físico escocês que
atribuiu o valor zero ao zero
absoluto e utilizou o grau Fahrenheit
como unidade de variação (20).
Imagem: SEE-PE
Imagem: United States public domain
ESCALA RANKINE
Tabela de Imagens
Slide
Autoria / Licença
Link da Fonte
3b, 4, 5, 6, SEE-PE
Acervo SEE-PE
20a, 21,
25, 29b
2a
Fir0002, flagstaffotos.com.au / GNU Free http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Fire02.
Documentation License /
jpg
http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Fir
e02.jpg
2b
Gérald Tapp / Creative Commons
http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Iceber
gs.jpg
3a
Greg L / GNU Free Documentation License http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Therm
ally_Agitated_Molecule.gif
7 e 26 Zwager / Public Domain
http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Kwikth
ermometers.jpg
8
Geof from de.wikipedia.org / GNU Free
http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Therm
Documentation License
ometer4x_75percent_15.389.jpg
9a
Menchi / GNU Free Documentation Licensehttp://commons.wikimedia.org/wiki/File:Clinica
l_thermometer_38.7.JPG
9b
Biol / Public Domain
http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Koorts
thermometers-AFEC-0120Lot240901%2BHartmann-0123-Lot3499.jpg
9c
Optris / Creative Commons Attributionhttp://commons.wikimedia.org/wiki/File:Optris
Share Alike 3.0 Unported
CT.jpg
Data do
Acesso
23/02/2012
09/02/2012
09/02/2012
09/02/2012
09/02/2012
09/02/2012
09/02/2012
09/02/2012
09/02/2012
Tabela de Imagens
Slide Autoria / Licença
Link da Fonte
Data do
Acesso
11a Olof Arenius / Astronomical observatory of
Uppsala University / Public Domain.
http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Anders 10/02/2012
-Celsius-Head.jpg
11b Pearson Scott Foresman / Wikimedia
Foundation /Public Domain
http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Therm 10/02/2012
ometer_(PSF)_de.svg
12 Pearson Scott Foresman / Wikimedia
Foundation /Public Domain
http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Therm 10/02/2012
ometer_(PSF)_de.svg
13 Autor Desconhecido, 1735 / Horrebows Basis
Astronomiæ / United States Public Domain
http://en.wikipedia.org/wiki/File:Ole_R%C3%B8 10/02/2012
mer_at_work.jpg
14a Autor Desconhecido / United States public
domain
14b Daniel Gabriel Fahrenheit / United States Public
Domain
http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Fahren 10/02/2012
heit_small.jpg
http://en.wikipedia.org/wiki/File:Daniel_Gabriel 10/02/2012
_Fahrenheit_Signature.svg
16 Pearson Scott Foresman / Wikimedia
Foundation /Public Domain
http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Therm 10/02/2012
ometer_(PSF)_de.svg
19a Autor Desconhecido / United States public
domain
http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Lord_K 10/02/2012
elvin_photograph.jpg
Tabela de Imagens
Slide Autoria / Licença
Link da Fonte
Data do
Acesso
19b Kuroisam / Public Domain
Kuroisam / Public Domain
10/02/2012
20b Kuroisam / Public Domain
Kuroisam / Public Domain
10/02/2012
23 Celsius_kelvin_estandar_1954.png: Homo logos http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Celsius 10/02/2012
/ Modificações feitas por Kismalac / GNU Free Kelvin.svg
Documentation License.
28a J. Pizzetta / United States Public Domain
http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Reaum 10/02/2012
ur_1683-1757.jpg
28b Green Lane / GNU Free Documentation License http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Old_R% 10/02/2012
C3%A9aumur_scale_thermometer__IMG_0983.JPG
29a Public Domain
http://commons.wikimedia.org/wiki/File:W_J_M 10/02/2012
_Rankine.JPG