Medida Experimental de Temperatura

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Os tipos mais comuns de termômetros são os que se baseiam na dilatação do mercúrio dentro de um bulbo, enquanto outros determinam a variação de temperatura de um sistema com base em outros propriedades dos materiais, como o aumento da pressão de um gás, variação da resistência elétrica, emissão de radiação, entre outros. Para a normatização das medidas de temperatura, são necessárias as escalas termométricas, que são conjuntos de valores associados a certas temperaturas, que determina o estado térmico de uma substância. Dentre as escalas mais conhecidas, estão as escalas Celsius, Fahrenheit e Kelvin.

- Objetivos

Os objetivos deste trabalho são a apresentação dos diversos tipos de termômetros, suas aplicações e seus detalhamentos técnicos.

- Fundamentação Teórica

A temperatura mensura a energia cinética média de cada grau de liberdade de cada uma das partículas de um sistema em equilíbrio térmico, mas não é uma grandeza direta, i. e., é observada macroscopicamente por meio das variadas grandezas de outros corpos que variam com a temperatura. Dessa forma, os termômetros são concebidos de formas diferentes de acordo com as vantagens que cada um pode proporcionar, como: precisão, sensibilidade, durabilidade, limites de temperatura, custo, entre outras.

Grande parte dos termômetros em uso ainda utilizam a dilatação de líquidos com propriedade termométrica, como o mercúrio. Entretanto, dentre as grandezas de um corpo que indicam a temperatura de um sistema, também destacam-se:

• O comprimento de uma haste;

• A pressão exercida por um gás;

• O volume de um líquido;

• A resistência elétrica de um condutor;

• A medida da energia irradiada;

• Ponto de fusão e ebulição.

Os tipos de medidores de temperatura podem ser classificados de acordo com a forma de medição, como mostra a seguir:

3.1 Medição por efeito mecânico

- Variação de Volume

Baseados na expansão volumétrica de um fluido proporcional à variação de temperatura de um meio. Em geral, o custo de um termômetro de variação de volume não é alto. Os principais fluidos utilizados seus limites de temperatura são mostrados na Tabela 1:

Tabela 1: Fluidos e Limites de temperatura de termômetros com variação de volume.

Substância:

Mercúrio

Álcool Etílico

Pentano

Alguns gases

Limites °C:

-38 a 480

-73 a 145

-184 a 21

Até 1480

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Figura 1: Termômetro com Mercúrio (disponível em http://fisicacienciasetecnologia.blogspot.com.br/2012/04/termometro.html).

- Variação de Pressão

Baseado na Lei dos Gases Ideais, um gás é confinado em um volume constante e, com o aumento da temperatura do meio, sua pressão aumenta. Dessa forma, a leitura da temperatura pode ser feita a partir de um manômetro calibrado associado ao sistema onde a pressão varia, como mostra a Figura 2:

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Figura 2: Termômetro de gás (disponível em http://www.miniweb.com.br/Ciencias/Artigos/termodinamica.html).

Então, o termômetro usada como padrão é o termômetro de gás a volume constante com a escala termométrica de gás ideal. A escala escolhida desta maneira independe das propriedades de qualquer gás em particular, mas depende das propriedades dos gases ideais. A escala termométrica absoluta Kelvin independe das propriedades de qualquer substância. A escala Kelvin e a escala de gás ideal são idênticas no intervalo de temperatura em que o termômetro de gás pode ser usado.

- Expansão de Sólido – Termômetro Bimetálico

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Figura 3: Termômetro Bimetálico 60.8003 Jumo (disponível em http://www.digitrol.com.br/termometros/termometro-bimetalico-60.8003-jumo.php).

Baseia-se no fato de que todos os metais se dilatam quando aquecidos, e que tal dilatação depende da temperatura e do coeficiente de dilatação de cada material. Assim, quando dois metais com tais coeficientes distintos se fundem, um dilata mais que o outro e, portanto, é possível medir a temperatura de um sistema. Nos termômetros bimetálicos, os metais são utilizados com formato helicoidal para rotacionar uma agulha sobre uma escala, como mostra a Figura 3:

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Figura 4: Interior de um Termômetro Bimetálico (disponível em http://www.sapiensman.com/medicion_de_temperatura/).

- Termômetro de Bulbo

Os termômetros de bulbo são destinados, principalmente, para uso industrial onde a medida de temperatura é feito em um local distante do sistema de interesse. Os fluidos utilizados são, em geral, líquidos, gases puros e água na forma de vapor.

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Figura 5: Elementos de um termômetro de bulbo (disponível em http://www.tecnoficio.com/docs/doc63.php).

Existem 4 classes distintas de termômetros de bulbos, que indicam o tipo de fluido(s) utilizados:

• Classe I: bulbo com líquidos (excluindo o mercúrio);

• Classe II: bulbo com vapor;

• Classe III: bulbo com gás;

• Classe V: bulbo com mercúrio (proibido em alguns locais por ser contaminante).

O preço de um termômetro de bulbo é em torno de