MEDIÇÃO DE TEMPERATURA
Felipe Jacob Delfino Amaral
Gabriela Amaral
João Paulo Carvalho
Ludymilla Henrique Batista
Thais Piassi Godoi
Vania Cristina Ferreira Pinto
Wanderson André da silva
Engenharia de Automação - Jomar
Resumo
A temperatura de um material interfere em diversos aspectos, como em seu estado físico
e na condução de energia entre um corpo e outro que modifica a temperatura de ambos.
Sua medição é dada através dos diversos tipos de termômetros e pode ocorrer em três
diferentes escalas: Celsius, Fahrenheit e Kelvin.
Através da temperatura também surgem os efeitos Seebeck, Peltier e Thomson e a
criação das leis do Circuito Homogêneo, dos metais intermediários e das temperaturas
intermediárias.
Palavras chave: Temperatura, Termômetro, Materiais.
1 Estados da matéria
Todo e qualquer corpo que existe na natureza se apresenta em forma gasosa, líquida ou
sólida, sendo estes os estados físicos da matéria. Eles se diferem um do outro pelo fato de cada
material possuir um grau de agregação de suas partículas.
Estados físicos da matéria
Fonte: www.sobiologia.com.br
No estado gasoso, a movimentação das moléculas acontece de forma maior que nos
outros estados, essa razão faz com que sua percepção visual seja difícil. Neste estado, a força de
repulsão predomina, ou seja, há maior facilidade das moléculas se afastarem uma das outras.
O estado líquido funciona de maneira intermediária quando comparado aos outros
estados, assim, as moléculas ficam mais soltas do que no estado sólido e não se mantem de
forma definida.
Já no estado sólido, as moléculas se encontram bem prezas umas nas outras, possuindo
forma e volume fixos. Neste estado, a força de coesão predomina, ou seja, há uma facilidade das
moléculas se aproximarem umas nas outras.
2 Condução, convecção e radiação
As transferências de energia se dão por três maneiras: condução, convecção e radiação.
É importante saber que em todos os processos citados, a energia é passada por uma fonte e
recebida por um receptor.
No processo de condução térmica, ocorre transferência do calor de um determinado
ponto para outro. Como exemplo, pode-se citar uma barra de ferro, se aquecer uma de suas
extremidades é possível notar que em pouco tempo, toda a barra estará aquecida. Nos materiais
mais densos, como é o caso dos metais, a transferência de calor acontece de forma mais rápida
comparado aos materiais menos densos, como é o caso da madeira. Essa diferença de
condutibilidade térmica ocorre pelo fato de os materiais mais densos apresentarem mais
moléculas que os menos densos.
A forma de transmissão do calor que ocorre nos fluidos é denominada convecção e
envolve transporte de matéria. As correntes de convecção ocorrem quando a parte do fluido
mais fria se movimenta para baixo ocupando o lugar do fluido aquecido anteriormente,
formando assim movimentos circulares. São esses movimentos que ocorrem na geladeira, no ar
condicionado e nas lareiras.
Formas de movimento de calor
Fonte: www.aulas-fisica-quimica.com
A radiação é uma propagação de calor isenta de um meio material (vácuo) para se propagar,
esta acontece através do espaço. A energia transmitida através deste processo apresenta-se na
forma de ondas eletromagnéticas e é chamada energia radiante. Todos os objetos liberam
energia radiante, estes a uma menor temperatura quando comparados a um com maior
temperatura, liberam menos energia radiante. Existem alguns tipos de radiações:
 Radiações ionizantes: possuem altos níveis de energia e são originados do núcleo dos
átomos, sendo essas de três formas: a radiação alfa que é constituída por 2 prótons e 2
nêutrons, a radiação beta que é formada por elétrons emitidos pelo núcleo de um átomo
instável e a radiação gama que é constituída por ondas eletromagnéticas emitidas por
núcleos instáveis após à emissão de uma partícula alfa ou beta.
 Radiações não ionizantes: possuem baixos níveis de energia, como é o caso das ondas
eletromagnéticas, como a luz, calor e ondas de rádio.
3 Termômetros líquido e sólido
Os primeiros termômetros confiáveis foram criados por volta de 1720 por Fahrenheit a
partir da necessidade de medir a temperatura. Desde então foram desenvolvidos diversos tipos
de termômetros a fim de medir de forma precisa a partir do estado de agitação molecular exibida
pelos corpos.
Dentre os termômetros usados atualmente, o mais usado é o líquido ou clínico, onde é
comum usar o mercúrio ou álcool colorido. A variação da temperatura provoca o preenchimento
do líquido em um tubo de vidro, portanto é possível verificar a temperatura visualizando o nível
do líquido no termômetro.
O mercúrio possui a temperatura de -39° C como ponto de congelamento e a
temperatura 357° C como ponto de ebulição. Este é um material portátil e permite uma leitura
direta, usado principalmente para medir a temperatura das pessoas. Já o álcool colorido, é
menos preciso que o de mercúrio e possui a temperatura de -112° C de congelamento e 78°C
como ponto de ebulição.
Termômetro a álcool
Termômetro de mercúrio
Fonte: http://www.incoterm.com.br/
O termômetro sólido é de grande importância para diferentes áreas da física e
engenharias como, por exemplo, a construção civil onde a dilatação pode causar danos
estruturais irreversíveis. Por outro lado, dispositivos como sensores termos utilizados em
equipamentos de aquecimento ou refrigeração, como ferros-de-passar e geladeiras, tem seu
funcionamento baseado neste princípio físico. Os experimentos de ensino de física relacionados
ao estudo da dilatação térmica de sólidos relatados na literatura utilizam diferentes tipos de
aquecimento dos materiais estudados, mas a utilização de vapor da água é a mais comum. Os
termômetros sólidos baseiam seu funcionamento na existência de uma substância que possui
uma propriedade, a qual varia com a temperatura. Esta propriedade da substância designa-se por
propriedade termométrica. Algumas propriedades físicas de substâncias que podem mudar com
a temperatura são: o volume de um líquido (por exemplo, mercúrio ou álcool etílico), a
dimensão de um sólido, a resistência elétrica de um metal (por exemplo, um fio de platina), a
pressão de um gás a volume constante, o volume de um gás a pressão constante, ou a cor de um
objeto. Esta propriedade dos gases (principalmente quando rarefeitos), que contrasta com a dos
sólidos e líquidos deve-se à extrema simplicidade de sua estrutura íntima, em comparação com a
dos outros corpos.
4 Termômetros de resistência
As termoresistencias ou termômetros de resistência são sensores de alta precisão e
excelente receptibilidade de leitura. O seu funcionamento baseia-se na variação da resistência
elétrica de modo proporcional à temperatura do meio em que são colocadas. Se bem que a lei de
variação da resistência de acordo com a temperatura pode ser aplicada a qualquer condutor
elétrico, o elemento sensor na maioria dos casos é feito de platina e níquel e encapsulados em
bulbos de cerâmica ou vidro. A termometria de resistência utiliza as relações características da
resistência elétrica com a temperatura, por forma a efetuar medições de temperatura. Visto que a
maior parte é construída a partir de metais condutores, estes apresentam geralmente coeficientes
de temperatura positivos, fazendo com que um aumento de temperatura resulte num aumento da
resistência. Por sua vez, a maior parte dos semicondutores apresenta um coeficiente de
temperatura da resistência negativo.
5 Escalas de temperaturas
Pode ser citado como as principais escalas de temperaturas usadas atualmente, as
escalas Celsius, Fahrenheit e Kelvin, existindo ainda outras escalas menos usadas, como é o
caso das escalas Rankine e Réaumur.
A primeira escala de temperatura criada foi em 1714 pelo físico alemão Daniel Gabriel
Fahrenheit, essa possui a temperatura de 32°F como temperatura de congelamento e 212°F
como temperatura de ebulição da água, sendo estes medidos a temperatura do mar. A menor
temperatura na escala fahrenheit é de -459,67°F.
Mais tarde, em 1742, foi oficializada pelo astrônomo e físico sueco Anders Celisius, a
escala Celsius, que atualmente é a mais usada no Brasil. Essa possui a temperatura de
congelamento da água e a temperatura de ebulição da água também como pontos de referência.
Sendo essas de 0°C e 100°C respectivamente. A menor temperatura nessa escala é de 273,15°C.
Em 1800, ao estudar o comportamento dos gases, Lord Kelvin desenvolveu a escala
Kelvil, conhecida também por escala absoluta. Nesta, não existem temperaturas negativas,
sendo o 0°K a temperatura mais baixa possível. A água congela nesta escala a 273,15°K e
evapora a 373,15°K.
Estudo do comportamento dos gases
Fonte: papofisico.com
6 Efeito Seebeck
O efeito Seebeck é a produção de uma diferença de potencial (tensão elétrica) entre duas
junções de condutores (ou semicondutores) de materiais distintos quando estão a
diferentes temperaturas (força eletromotriz térmica).
O efeito Seebeck é devido a dois fenômenos: difusão de portadores de carga e
arrastamento fônon.
7 Efeito Peltier
O efeito Peltier foi observado em 1834 por Jean Charles Athanase Peltier, 13 anos após
o físico Thomas Johann Seebeck ter descoberto o efeito Seebeck em 1821.
Jean Peltier descobriu efeitos termoelétricos quando introduziu pequenas correntes
elétricas externas num termopar de bismuto/antimónio. As experiências demonstram que,
quando uma pequena corrente elétrica atravessa a junção de dois metais diferentes numa
direção, a junção arrefece absorvendo energia por calor do meio em que se encontra. Quando a
direção da corrente é invertida, a junção aquece, aquecendo o meio em que se encontra. Este
efeito está presente quer a corrente seja gerada pelo próprio termopar quer seja originada por
uma fonte de tensão externa. Por isso, na utilização de um termopar deve-se reduzir tanto
quanto possível esta corrente, utilizando voltímetros com elevada resistência interna.
O efeito Peltier é a produção de um gradiente de temperatura em duas junções de
dois condutores (ou semicondutores) de materiais diferentes quando submetidos a uma tensão
elétrica em um circuito fechado (consequentemente, percorrido por uma corrente elétrica).É
também conhecido como Força eletromotriz de Peltier, é o reverso do efeito Seebeck em que
ocorre produção de diferença de potencial devido à diferença de temperatura neste mesmo tipo
de circuito.
Estes dois efeitos podem ser também considerados como um só e denominado de efeito
Peltier-Seebeck ou efeito termelétrico. Na verdade, são dois efeitos que podem ser considerados
como diferentes manifestações do mesmo fenômeno físico.
8 Efeito Thomson
Força eletromotriz de Thomson, é a tensão elétrica existente entre dois pontos que estão
em temperaturas diferentes num condutor. Este efeito foi estudado por William Thomson (Lord
Kelvin).
O efeito Thomson se inspirou numa abordagem teórica de unificação dos efeitos
Seebeck e Peltier. O efeito Thomson foi previsto teoricamente e subsequentemente observado
experimentalmente em 1851 por Lord Kelvin. Ele descreve a capacidade generalizada de um
metal submetido a uma corrente elétrica e um gradiente de temperatura em produzir frio ou
calor.
Qualquer condutor submetido a uma corrente elétrica (com exceção de
supercondutores), com uma diferença de temperatura em suas extremidades, pode emitir ou
absorver calor, dependendo da diferença de temperatura e da intensidade e direção da corrente
elétrica.
9 Lei Do Circuito Homogêneo
A f.e.m. termal, desenvolvida em um circuito termoelétrico de dois metais diferentes,
com suas junções às temperaturas T1 e T2, é independente do gradiente de temperatura e de sua
distribuição ao longo dos fios". Em outras palavras, a f.e.m. medida depende única a
exclusivamente da composição química dos dois metais e das temperaturas existentes nas
junções.
Circuito homogêneo
Fonte: http://www.thermocom.com.br
10 Lei dos metais intermediários
A soma algébrica das f.e.m. termais em um circuito composto de um número qualquer
de metais diferentes é zero, se todo o circuito estiver à mesma temperatura".
Deduz-se daí que um circuito termoelétrico, composto de dois metais diferentes, a f.e.m.
produzida não será alterada ao inserirmos, em qualquer ponto do circuito, um metal genérico,
desde que as novas, junções sejam mantidas a temperaturas iguais.
Lei dos metais intermediários
Fonte: http://www.thermocom.com.br
Onde se conclui que: Se: T3 = T4 e E1 = E2 / T3 diferente de T4 e E1 diferente de E2
Um exemplo de aplicação prática desta lei é a utilização de contatos de latão ou cobre,
para interligação do termopar ao cabo de extensão no cabeçote.
11 Lei das Temperaturas Intermediárias
Da descoberta dos efeitos termoelétricos partiu-se através da aplicação dos princípios da
termodinâmica à enunciação das três leis que constituem a base da teoria termoelétrica nas
medições de temperatura com termopares, portanto, fundamentados nestes efeitos e nestas leis,
podemos compreender todos os fenômenos que ocorrem na medida de temperatura com estes
sensores.
"A f.e.m. produzida em um circuito termoelétrico de dois metais homogêneos e
diferentes entre si, com as suas junções às temperaturas T1 e T3 respectivamente, é a soma
algébrica da f.e.m. dentro do circuito, com as junções às temperaturas T1 e T2 e a f.e.m. deste
mesmo circuito com as junções às temperaturas T2 e T3".
Demonstração da Lei das temperaturas intemediarias
Fonte: http://www.maxwell.vrac.puc-rio.br/
Considerações finais
Este trabalho tem várias contribuições, que em conjunto permite um enriquecimento
profissional e pessoal. Ao desenvolver o artigo percebemos que a temperatura não é um
conceito fácil, quer na sua compreensão ao nível fundamental, quer na sua medição. A
temperatura aparece ligada a uma enorme diversidade de fenômenos físicos.
REFERÊNCIAS
<www.sobiologia.com.br/conteudos/Agua/Agua1.php> Acesso em: 24 agosto 2015.
< www.aulas-fisica-quimica.com/7e_11.html> Acesso em: 24 agosto 2015.
< www.aulas-fisica-quimica.com/7e_11.html> Acesso em: 24 agosto 2015.
<www.termopares.com.br/teoria_temperatura_escalas_temperatura> Acesso em: 26 agosto
2015.
<mtc-m21b.sid.inpe.br/col/sid.inpe.br/mtc-m21b/2014/12.31.12.36/doc/Escobar> Acesso em:
26 agosto 2015.
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26 agosto 2015.
<www.if.ufrgs.br/cref/leila/escala.htm> Acesso em: 24 agosto 2015.
<www.sofisica.com.br/conteudos/Termologia/Termometria/conversoes.php> Acesso em: 24
agosto 2015.
<www.termopares.com.br/teoria_temperatura_escalas_temperatura/> Acesso em: 24 agosto
2015.
<www.mundoeducacao.com/fisica/tipos-termometros.htm> Acesso em: 26 agosto 2015.
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<penta3.ufrgs.br/CESTA/fisica/calor/conveccao.html> Acesso em: 26 agosto 2015.
<www.cepa.if.usp.br/energia/energia1999/Grupo2B/Refrigeracao/conveccao.htm> Acesso em:
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<penta3.ufrgs.br/CESTA/fisica/calor/radiacao.html> Acesso em: 24 agosto 2015.
<www.fiocruz.br/biosseguranca/Bis/lab_virtual/radiacao.html> Acesso em: 26 agosto 2015.
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