A termometria é responsável pela medição da temperatura em vários sistemas, e é uma disciplina de princípios bastante empíricos, pois desde a época de Hipócrates, no campo da medicina, havia a consciência da temperatura dos corpos, por meio do toque, e de acordo com a sensação percebida foi classificada como "calor doce" ou "febre ardente". Porém, não foi até o desenvolvimento do termômetro, por Galileo Galilei, anos depois, quando esse campo de estudos saiu das águas empíricas, para adotar um papel científico.
Todos nós conhecemos o termômetro como um instrumento para medir a temperatura de um corpo e do meio ambiente, mas Como funciona? De onde vieram as escalas termométricas? Mas antes de responder a essas perguntas, é importante esclarecer o conceito da variável que estamos medindo, no caso, a temperatura.
Temperatura, a unidade fundamental da escala termométrica
Ao nomear a palavra temperatura, você certamente pensou na quantidade de calor, no entanto, a primeira coisa a considerar é que calor não é o mesmo que temperatura, embora, é claro, ambas as variáveis estejam intimamente ligadas entre si.
Calor é a quantidade de energia cuja transferência está associada a um gradiente de temperatura entre dois sistemas, o que significa que a temperatura é uma variável que determina o calor, mas não se trata do calor em si. A temperatura está associada à energia cinética, que é o que define o movimento das partículas no sistema, e na medida em que há maior agitação no movimento das partículas, maior a magnitude produzida pelas chamadas “escalas termométricas”.
Termômetro, a base da termometria
Como já mencionado, o criador do primeiro termômetro foi Galileo Galilei, o desenho deste instrumento baseou-se na montagem de um tubo de vidro vertical, fechado em ambas as extremidades, contendo água na qual várias esferas de vidro fechadas estavam submersas., Com líquido colorido lado de dentro. Isso permitiu que os primeiros registros das variações de temperatura fossem feitos. O fluido utilizado neste primeiro termômetro foi a água, porém, posteriormente foi substituído por álcool, pois a água em temperaturas muito baixas atingiu o ponto de congelamento, e quando a pressão atmosférica variou, foram registradas flutuações no nível da água, sem Isso implicará em um variação de temperatura.
Entre os anos 1611 e 1613. Santorio incorpora uma escala numérica ao instrumento de Galileu. Porém, este instrumento ainda não dava resultados precisos, uma vez que o fluido de medição era muito suscetível à pressão atmosférica. No ano de 1714, Daniel Fahrenheit incorporou mercúrio na medição.
O uso do mercúrio representou um grande avanço na precisão do instrumento, pois devido ao seu alto coeficiente de expansão, os distúrbios causados pela temperatura eram facilmente perceptíveis.
Princípio de funcionamento do termômetro
Quando duas partes de um sistema entram em contato, o que se pode esperar é que ocorram variações nas propriedades de ambas, as quais estão ligadas a um fenômeno de transferência de calor entre elas. As condições que devem ser atendidas para que um sistema esteja em equilíbrio térmico são as seguintes:
- Não deve haver troca de calor entre as partes envolvidas
- Nenhuma das propriedades dependentes da temperatura deve variar.
O termômetro opera sob o Princípio zero da termodinâmica, que estabelece a inter-relação entre duas variáveis no equilíbrio térmico. O que significa que o mercúrio, como fluido suscetível a mudanças de temperatura, ao entrar em equilíbrio com o corpo ou meio, cujo valor de temperatura queremos saber, adota seu valor de temperatura.
Desenvolvimento de escalas termométricas
Como já havíamos mencionado, o primeiro visionário da necessidade de estabelecer um parâmetro de medida no instrumento de Galileu foi Santorio, que estabeleceu uma escala numérica sem nenhum sentido físico. No entanto, este evento foi de grande importância no desenvolvimento do que hoje conhecemos como escalas de termometria.
Grau Rømer
Rømer é uma escala baseada no congelamento e fervura de água salgada. Esta escala está em desuso, pois não fornece resultados precisos.
Escala Fahrenheit
Daniel Fahrenheit foi um fabricante de instrumentos técnicos que criou o termômetro de álcool em 1709 e, anos depois, ele faria o primeiro termômetro à base de mercúrio. Este inventor de origem alemã, desenvolveu uma escala termométrica arbitrária, que leva o seu nome, que possui as seguintes características:
- Não tem valores negativos, pois na época não havia noções de temperaturas abaixo de 0, por isso a fervura da água ocorre a 212ºF e seu congelamento a 32ºF.
- É bastante preciso, pois se baseia em observações no termômetro de mercúrio, material com expansão quase uniforme nessa faixa de temperatura.
- Com seu termômetro de precisão, a Fahrenheit mediu a variação da temperatura de ebulição da água em condições de pressão ambiente e conseguiu estabelecer que o ponto de ebulição é uma característica de cada substância líquida.
- Seu uso se espalhou em países como Estados Unidos e Reino Unido.
Escala Celsius
Dentre as escalas termométricas, esta ganhou grande popularidade em sua época. Foi inventado em 1742 pelo astrônomo sueco Andrés Celsius, que o desenvolveu tomando o ponto de congelamento da água como o valor mais baixo e seu ponto de ebulição como o valor máximo. Celsius realizou uma série de 100 divisões entre esses dois pontos.
Ao contrário das outras escalas, a escala centígrada trabalha com 100 graduações, e seu uso foi estendido para fins domésticos, já que no campo científico o uso da escala Kelvin absoluta é o preferido.
Escala absoluta
Essa escala é chamada de "absoluta", que contempla o valor do zero absoluto, e sua importância reside basicamente neste aspecto, uma vez que não depende de pontos fixos arbitrários, mas apresenta a temperatura como expressão da cinética molecular., Obtendo o valor no ponto onde a cessação do movimento molecular foi determinada.
É importante observar que esta temperatura está associada à escala Celsius, pois ambas atendem a uma graduação de 100.
Escala Rankine
Em 1859, o engenheiro William Rankine, propôs esta escala, que está relacionada aos graus Fahrenheit, pois trata da mesma graduação, porém esta escala contempla a presença do zero absoluto. Em uma analogia, pode-se dizer que a relação Celsius-Kelvin é da mesma natureza que a Fahrenheit-Rankine.
Conversões entre escalas termométricas
O uso de conversões é de grande importância no campo da resolução de problemas, é determinado pelo fato de que não podemos agrupar variáveis de natureza diferente. E porque as diferentes disciplinas podem ser tratadas em termos de diferentes escalas termométricas, foram estabelecidas relações que permitem a transformação de valores.
- Fahrenheit (ºF) - Rankine (ºR)
ºF = ºR- 460
- Celsius (ºC) - Kelvin (ºK)
ºC = ºK- 273
- Celsius (ºC) - Fahrenheit (ºF)
ºC = (ºF-32) / 1,8