INSTITUTO SERRANO NEVES – AMIGO DO LAGO DA SERRA DA MESA
Helcias Bernardo de Pádua
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A temperatura & a luz em sistemas aquáticos
Equipamentos, unidades de medida, conversão e medição
Série: Variáveis físicas, químicas e biológicas
Parte 05
Helcias Bernardo de Pádua
Biólogo – C.F.Bio 00683-01/D
tel 011-9568.0621 – junho/2005-SP
“O solo”, explica, “é como uma lata.
A lata precisa segurar toda a água.
Voçoroca e erosão são como buracos na lata
que permitem que a água e a matéria orgânica escapem.
Estes precisam ser tampados”. – O homem que cultiva a água
(Planting Water); de Brad Lancaster
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Equipamentos e unidades de medida para temperatura
Muitos métodos foram desenvolvidos para medir a variável temperatura e vários deles são baseados
no efeito da temperatura sobre matérias. O dispositivo mais utilizado e conhecido para medir a
temperatura é o termômetro de vidro, consistindo de um tubo (de vidro) contendo mercúrio ou um outro
líquido. O acréscimo na temperatura provoca a expansão do líquido, e ai poder ser determinada medindo
ou lendo-se o volume do líquido, numa coluna graduada. Tal equipamento normalmente é calibrado e assim
pode mostrar a temperatura simplesmente observando o nível do líquido no mesmo. Um outro tipo de
termômetro que não é muito prático mas é importante de ponto de visto teórico é o termômetro de gás.
Outros instrumentos de medição da temperatura são: os mais conhecidos, os termômetros digitais (eletrodo
de platina) e os não tão usuais como os termistores e os pirômetros.
O "termômetro de reversão” é um equipamento onde o mercúrio na coluna de vidro é separado, por
assim dizer quebrado ou interrompido, sob ação física ou seja aplicação de uma pancada, seguindo-se
imediatamente da inversão do extremo da coluna que contêm o bulbo. Isso ocorre após o lançamento à água
de um dispositivo pesado, (guia) e quando o aparelho atinge a profundidade desejada para se medir a
temperatura, assim registrando-se diretamente a temperatura do local ou faixa, camada ou profundidade
objeto. Com vários lançamentos pode-se determinar a temperatura em variadas profundidades na coluna
d’água. Todas essas medidas devem ser realizadas no próprio local de amostragem.
Um outro equipamento fácil de se montar e até já encontrado no comércio, com algumas
adaptações, consiste de se fazer uso de um tubo de PVC, com certo diâmetro, fechado e com peso numa das
extremidades, este suficiente para fazer que o tubo possa descer verticalmente pela coluna d’água, vencendo
o “empuxo” e resistindo possíveis correntezas. Esse tubo deve envolver um outro recipiente de isopor ou
uma garrafa térmica. No primeiro caso, o espaço interno é ocupado por uma outra garrafa de vidro,
nalgene ou outro material. Nos dois casos, munidas da respectiva rolha ou tampo, o recipiente deve estar
preso a um cordel graduado-cm/m, (corda-guia), de comprimento suficiente para ir até às profundidades
desejadas. Lateralmente a esta corda-guia, prende-se dois outros cordéis, (fios resistentes de mais ou menos
10 cm de comprimento), a uma distância de um palmo da sua extremidade superior do aparelho. Os fios
laterais devem ser amarrados pelas suas outras extremidades ao gargalo da garrafa, ou ao recipiente
térmico, e ou ao tubo de PVC. Dentro dessa garrafa/recipiente coloca-se ou prende-se um termômetro. Uma
vez fechada a garrafa/recipiente, o equipamento deve ser lançado à água até a profundidade desejada. Ai
então, com um pequeno golpe ou puxão para cima no cordel, (corda guia), consegue-se abrir a garrafa,
retirando-se o seu tampo ou rolha, enchendo-a imediatamente de água. Recolhe-se o mais ligeiro possível e
rapidamente efetua-se a leitura da temperatura na coluna do termômetro, sem retirar o bulbo da água
contida na garrafa. * Ressalta-se que tal recurso não deve ser usado para tomadas de amostras em profundidades maiores, (no
máximo até 20 m), visto a fragilidade do vidro da garrafa à pressão; às possíveis influências sofridas e oriundas das temperaturas da
coluna d'água, durante o percurso ou caminho inverso, quando da retirada da garrafa, além das limitações com relação as
alterações nas composições químicas, em especial nos teores de gases e nas caracterizações limnológicas da amostra.
Pode-se também, adaptar um tampo roqueável à garrafa coletora e neste fazer um orifício menor
que será tampado por respectiva rolha presa ao cordel principal. O procedimento de lançamento e abertura
é o mesmo anteriormente informado.
Devemos ser prudentes quando medimos a temperatura e verificar se o instrumento de medição está
realmente à mesma temperatura que o material medido. Em algumas circunstâncias, o calor do
instrumento de medição pode provocar um gradiente de temperatura de tal forma que à ser medida, seja
diferente da temperatura real do sistema. Nestes casos, a temperatura sofrerá variação não só com a
temperatura do sistema, mas também com as propriedades de transferência de calor do sistema.
Um caso extremo de tal efeito é a sensação térmica(*), onde o sistema aparentemente será ou estará
mais frio sob a ação do vento, comparado com outro momento mais calmo ou sem vento, mesmo em iguais
condições de temperatura. O que acontece é que o vento aumenta a velocidade de transferência de calor do
corpo, (perda), tendo como efeito uma grande redução da temperatura sentida, para uma mesma
temperatura ambiente. O técnico deve ter o cuidado expondo o instrumento/termômetro em situação bem
protegido do vento ou outras intempéries, como incidência direta de calor e luz . (*) Essa sensação térmica é muito
relatada por pessoas expostas à áreas com ventos intensos, atletas, corredores, andarilhos, alpinistas, ciclistas, motociclistas, etc. No
comércio existe um termômetro com proteção externa contra choque, (quedas), ventos diretos, etc., que
apresenta sua escala na unidade de leitura “grau Celsius – 0C”, conhecido como termômetro de leiteiro ou
queijeiro.
Alguns termômetros ou medidores digitais de temperatura, apresentam como unidade de leitura em
“grau Fahrenheit” (ºF), que no caso basta transformar o resultado para “grau Celsius” (ºC), através desta
seqüência: para converter Fahrenheit em Celsius basta, subtrair 32 do valor da leitura, dividir por 9 e
multiplicar o resultado por 5.
Assim: T ºC = (TºF - 32) / 9] x 5; .... ou caso contrário, para converter Celsius em Fahrenheit, multiplicar o valor da leitura por 9,
dividir o resultado obtido por 5 e acrescentar 32.
Na verdade, a unidade básica par medida de temperatura é o Kelvin (K). Um Kelvin é rigorosamente
definido como os 1/273,16 avos da temperatura do ponto triplo da água (o ponto onde água, gelo e vapor de
água coexistem em equilíbrio). A temperatura 0 K é chamada zero absoluto e corresponde ao ponto onde as
moléculas e átomos possuem a menor quantidade possível de energia térmica.
Conversão para as escalas de temperaturas, mais comuns:
(fórmulas simples de conversão: de - para)
de Celsius para Fahrenheit °F = °C × 1.8 + 32
de Celsius para Kelvin K = C° + 273.15
de Celsius para Rankine °Ra = °C × 1.8 + 32 + 459.67
de Celsius para Réaumur °R = °C × 0.8
de Kelvin para Celsius °C = K - 273.15
de Kelvin para Fahrenheit °F = K × 1.8 - 459.67
de Kelvin para Rankine °Ra = K × 1.8
de Kelvin para Réaumur °R = (K - 273.15) × 0.8
de Fahrenheit para Celsius °C = (°F - 32) / 1.8
de Fahrenheit para Kelvin K = (°F + 459.67) / 1.8
de Fahrenheit para Rankine °Ra = °F + 459.67
de Fahrenheit para Réaumur °R = (°F - 32) / 2.25
de Rankine para Celsius °C = (°Ra - 32 - 459.67) / 1.8
de Rankine para Fahrenheit °F = °Ra - 459.67
de Rankine para Kelvin K = °Ra / 1.8
de Rankine para Réaumur °R = (°Ra - 32 - 459.67) / 2.25
de Reaumur para Celsius °C = °R × 1.25
de Réaumur para Fahrenheit °F = °R × 2.25 + 32
de Réaumur para Kelvin K = °R × 1.25 + 273.15
de Réaumur para Rankine °Ra = °R × 2.25 + 32 + 459.67
Nas determinações diárias, é sempre conveniente utilizar a escala Celsius, na qual 0º corresponde à
temperatura onde a água congela e 100º corresponde ao ponto de ebulição da água ao nível do mar. Nesta
escala, a diferença de temperatura de 1 grau é a mesma que 1 K-Kelvin de diferença de temperatura. A
escala Celsius é essencialmente a mesma que a escala Kelvin, porém com um deslocamento da temperatura
de congelamento da água (273,16 K). Assim, a seguinte equação pode ser utilizada para converter Celsius
em Kelvin: - K = °C + 273.15
Nos Estados Unidos, a escala Fahrenheit é geralmente utilizada. Nesta escala, o ponto de
congelamento da água corresponde a 32ºF e o ponto de ebulição a 212ºF. Outra fórmula pode ser utilizada
para converter Fahrenheit para Celsius: - °C = 5/9 · (°F - 32). e.t.: existem outras escalas de temperatura
como por exemplo o Rankine e o Réaumur.
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Luz
A luminosidade do céu é originada pela difusão dos raios solares quando do seu encontro com
partículas cuja dimensão é bem menor e suas moléculas proporcional a quarta parte da potência da
radiação e, assim sendo, afetam mais as ondas de pequeno comprimento que as longas, resultando numa
coloração azul., comumente observada em dias claros.
A proporção entre as radiações diretas do Sol e as provenientes do céu é variável, dependendo da
inclinação do astro, da altitude considerada e, naturalmente, da presença de nuvens. Já as radiações
provenientes da Lua, numa noite de luar, (lua-cheia), correspondem à 40 mil vezes menor que das radiações
do Sol, mas ainda podendo ser responsáveis por alguns pequenos efeitos de variação de fitoplâncton e
outros fenômenos ecológicos em sistemas aquáticos lênticos e em áreas abertas, aonde a superfície ou parte
dos mesmos, comporta-se como superfície perfeitamente plana e livre de rugosidade ou porosidade, mas por
outro lado, capaz, pela sua coloração, de ainda absorver parte das radiações que chegam até ela,(Pessoa,
1986).
A capacidade de reflexão, (refletir os raios solares), depende do ângulo de incidência com que esses
raios atingem o sistema aquático, chegando até 20% do total da radiações, nas horas em que o ângulo solar
é pequeno. Porém, calcula-se que o total de radiações refletidas ou dispersas por um lago não ultrapassa a 5
ou 6% das radiações incidentes durante o dia de verão e de 1% no inverno, considerando-se entretanto, que
o período de pequeno ângulo solar é relativamente curto, durante o decorrer de um dia, (Pessoa op cit).
O interessante é que segundo alguns pesquisadores, o limite mínimo de luminosidade para localização
e captura do alimento pelo peixe, em geral, seria de aproximadamente 10 lux, isso eqüivalendo a visibilidade
em noite de lua cheia e em dias nublados. A maioria das espécies de peixes por serem dependentes visuais na
ação de se alimentar, preferem a luz do dia, uma vez que tal presença dos raios luminosos, (luz solar), na
água, facilita a localização do alimento, (Pezzato, 1996). Sendo assim, para os organismos aquáticos, a
capacidade de localizar e de capturar os alimentos esta associada a visão, fator importante na presença e
desenvolvimento dos mesmos, cabendo aos estudiosos em hidrobiologia, ictiologia e aqüicultura, também
acompanharem tal variável. Criadores têm o hábito de diminuir e mesmo interromper o lançamento ou
disposição da ração quando em dias mais nublados, evitando-se o desperdício e aumento dessa matéria
orgânica no sistema aquático.
Só para exemplificar, a incidência de luz no alimento implica no reflexo de sua cor, (coloração), e o
contraste resultante ira permitir o seu reconhecimento pelo organismo. Então, isso deve ser aplicado e
considerado pelas diversas fases de vida, de desenvolvimento, hábito e atuação dos mesmos, sem contar os
tamanhos, diâmetros e formatos mais apropriados dos materiais que servirão de alimento.
Demonstrou-se que os peixes tem preferência por alimentos com coloridos definidos, cores que
resultam em alto contraste, facilitando a localização, desde o roxo, o amarelo, o verde, o azul, o preto e o
branco. Os peixes detectam o alimento à distância, de forma visual e até mesmo química, (Pezzato, 1996).
“Luz”:
- Radiação electromagnética com um comprimento de onda que é visível ao olho, ou num sentido mais
geral, qualquer radiação electromagnética que se situa entre as gamas infravermelho e ultravioleta. A luz pode
também ser caracterizada pela sua freqüência..
- As três dimensões básicas da luz (e de toda a radiação electromagnética) são: brilho (ou amplitude),
cor (ou freqüência), e polarização (ou ângulo de vibração). Devido à dualidade onda-partícula, a luz exibe
simultaneamente propriedades quer de ondas quer de partículas.
- A luz visível é a parte do espectro com comprimentos de onda entre cerca de 400 nanómetros
(abreviando nm) e 800 nm (no ar).
Um raio de luz é a representação da trajetória da mesma luz em determinado espaço, e sua
representação indica a fonte ou seja de onde ela sai e para onde ela se dirige. Propagando-se em meio
homogêneo, a luz sempre percorre trajetórias retilíneas. Somente em meios não homogêneos é que a luz
pode descrever “curva”.
Embora algumas pessoas falem da “velocidade da luz”, a palavra velocidade deveria ser reservada
para quantidades vetoriais (e.t.: aquelas associadas a uma direção). A velocidade da luz é uma quantidade
escalar, que não tem direção e portanto velocidade não é o termo certo. O correto, porém considerado um
preciosismo é o termo “celeridade”, designando o módulo da velocidade e como tal “celeridade da luz”.
Toda luz propaga-se a uma velocidade finita. Até observadores em movimento medem sempre o
mesmo valor de luz-c , (unidade de leitura) , para a velocidade da luz no vácuo, com c = 299,792,458 metros
por segundo (186,282.397 milhas por segundo); contudo, quando a luz atravessa alguma substância
transparente tal com o ar, água ou vidro, a sua velocidade é reduzida, e sofre refração. Na água, no ar e no
vidro, a luz sofre refração. obs.: no atual sistema de unidades internacional SI, a velocidade da luz é exata
uma vez que a unidade de distância, o metro é definido a partir dela
-
Primeiras idéias dos Gregos, sobre luz
- Teoria ondulatória: no século I a.C.
Lucrécio, dando continuidade às idéias dos primeiros atomistas, escreveu que a “luz e o calor do Sol eram compostos de
pequenas partículas”.
Medição da luz (quantidades e unidades utilizadas para medir luz)
- brilho (ou temperatura)
- iluminância ou iluminação (Unidade SI: lux)
- fluxo luminoso (Unidade SI: lumen)
- intensidade luminosa (Unidade SI: candela)
Cita-se um dos fatos mais importância da luz no processo bioquímico: - atuando na “fotossíntese”,
sendo absorvida na forma de energia, (673-674kcal/6CO2) , pela molécula de clorofila dos vegetais, (reação
fotoquímica), fixadora do gás carbônico-CO2, com a presença da água-H20, resultando em matéria
orgânica carbonácea-C6H12O6, liberando o gás oxigênio-O2, assim: 6CO2 + 6H20 -clorofila- + luz →
C6H12O6 + 6O2, (Pádua, 2002). Com luz, a célula gasta o gás carbônico. A pressão osmótica aumenta,
retirando água do meio ou das células circunvizinhas, tornando-se túrgida, (mais cheia).
Na ausência de luz não ocorre fotossíntese, e consequentemente o gás carbônico não é gasto,
acumulando-se nas células dos organismos vegetais, por exemplo, nas folhas dos vegetais superiores,
revertendo a glicose em amido, diminuindo a pressão osmótica das células estomáticas, perdendo água para as
células vizinhas, no caso diminuindo a turgidez e fechando os estômatos. Caso contrário, nas folhas, os
estomatos de suas células, se abrem permitindo a entrada de mais gás carbônico, dando continuidade no
processo fotossintético, de então.
Esse movimento regulador, chamado de movimento fotoativo, permite a parada do processo
fotossintético em dias muito nublados ou na ausência de luz, reiniciando-se na presença da mesma. Como a
fotossíntese depende da intensidade luminosa e da concentração de gás carbônico, enquanto ocorrer
aumento de luminosidade e de temperatura, no sistema, esse processo tende a aumentar proporcionalmente,
porém até um certo ponto, (ponto de saturação luminosa e ponto de saturação térmica), quando daí em
diante ela, a fotossíntese, não aumenta mais(*) decrescendo então, visto que o gás carbônico, como outros
gases, serem perdidos à atmosfera. Lembrar que luz e calor são formas de energia.
(*) - aqüicultores em regiões com alta incidência luminosa e elevada temperatura ambiente, mas sem vazão suficiente de
água e de formas ou fontes provedoras do gás carbônico natural devem se prevenir sobre tais pontos de saturação
- por outro lado, este autor tem periodicamente observado em uma piscicultura (Pisc. Boi Preto/Bonito-MS), abastecida
com águas bicarbonatadas, (fonte natural de gás carbônico), de elevada dureza e alcalinidade, transparentes e com peixes (pintado,
dourado, tambacus), concentrações super elevadas de oxigênio dissolvido, pelo aumento fotossintético, em intervalo de maior
intensidade luminosidade.
Bibliografia recomendada
AMABIS, J. M. & MARTHO, G. R.; - Fundamentos da biologia moderna, 1 ed., SP/SP; Ed. Moderna, 1990
BARRA, s/d - Parâmetros de análise da água. IN: http://barra.uol.com.br/univtool.map
BEZERRA, A. M. ; - Aplicações Térmicas da Energia Solar. 4ª ed. João Pessoa/Al; Editora UFPB, 2000.
BRANCO, S.M. – Hidrobiologa aplicada à engenharia sanitária. SP/SP.; CETESB/ASCETESB, 640P.:IL.;22cm; 3ª ed .,
1986
CETESB – Guia de coleta e preservação de amostras de água. CETESB/SP-SP / Coord. E. G. Agudo (et al.). 150p. il.: 22
cm; 1987
FRAIDENRAICH, Naum & Lyra, Francisco. Energia Solar fundamentos e tecnologias de conversão heliotermoelétrica e
fotovoltaica. Recife/Pernambuco: Editora Universitária da UFPE, 1995.
MACEDO, J.A.B. Ágaus & Águas. SP/SP; Livraria Varela, 2001.
PÁDUA, H.B. de. Temperatura (ºC) & Transparência (cm), em sistemas aquáticos/ Como medir. SP/SP. 2004; 4p.
www.setorpesqueiro.com.br/aquicultura-col. Helcias B. de Pádua - [email protected]
_____________ Qualidade das águas na aqüicultura. IN: Piscicultura, Qualidade das águas. Curso: Teórico/Prático- Dia
de Campo, Itú/SP. ABRAPPESQ, Clube de Pesca Olhos D’água/Itú-SP; apostila, 62p.;2002. www.portabonito.com.br;
http://www.abrappesq.com.br; http://www,pescar.com.br/helcias
___________ Aquicultura. Link no site www.setorpesqueiro.com.br; www.ruralnet.com.br. Lista de artigos técnicos.
Colunista: Helcias Bernardo de Pádua. [email protected]
PALZ, Wolfgang. Energia Solar e fontes alternativas. SP/SP; Hemus Livraria Editora Ltda, 1981.
PEZZATO, L.E. – Comportamento alimentar dos peixes. CAUNESP-Depto.de Melhoramento e Nutrição Animal. Rev.
Panorama da Aqüicultura:março/abril, RJ/RJ; pg. 10-11; 1996
REZENDE, A.F. – Nós e as radiações. IN: Projeto de pesquisa "Radiografia do Sistema Radiológico Nacional",
(08/11/1995-Centenário da Radiologia). Alferez - Consultoria e Assessoria Radiológica. 1995
SVOLOLAY. S.V. -Energia Solar y Edificacion; Editorial Blume, 1978. IN: Energia Solar; elaborado por: Carlos Arthur
de Oliveira Fernandes & Vinícius Mendes Guaronghi
UFGS Termofísica – site: fisicanet.terra.com.br/testes/termofisica/termofisica-ufrgs –2001
WIKIPEDIA. Temperatura, Calor, Luz. site: http://pt.wikipedia.org/wiki/Luz, página Fisica - 20:52, 29 Out 2004
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hbpádua
“Todo corpo mergulhado em um líquido em equilíbrio recebe a ação de uma força vertical ascendente, denominada
“empuxo”, cujo módulo é igual ao peso do líquido deslocado pelo corpo”.
Tarso Paulo Rodrigues: ARQUIMEDES, O sábio de Siracusa.
(FOVEST, Folha de SP, 2/12/2004).hbpádua