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Barômetros
e Manômetros
Prof.
Luiz Ferraz Netto
leobarretos@uol.com.br
Barômetros
São instrumentos destinados à medida da pressão atmosférica.
Barômetros
de mercúrio
Sabe-se que uma coluna líquida de altura h, densidade absoluta
m
, num lugar onde a aceleração da gravidade vale g, exerce na sua
base uma pressão que equilibra a pressão atmosférica Patm,
donde se conclui pela relação: Patm= mhg
. Dessa relação resulta a possibilidade de se medir a Patm
através do conhecimento das medidas m,
h e g. Usa-se freqüentemente, como líquido, o mercúrio, por sua
grande massa específica (o que torna 'pequeno' o valor de h).
Exprimindo-se
m,
g e h no antigo sistema CGS, tem-se Patm em bárias; se
medidos com unidades do S.I.U. teremos Patm em pascal
(Pa). Na prática, é comum medir-se Patm em milímetros
de mercúrio (mm de Hg); unidade igual à pressão exercida por
uma coluna de mercúrio de 1 mm de altura, estando o Hg a 0oC
e sob a ação da aceleração normal da gravidade.
É
claro que as condições reais de medida não permitem a leitura de
um barômetro de mercúrio diretamente em mm de Hg; torna-se necessária
uma substituição dos dados, já em mãos, por outros equivalentes
a eles, mas nas condições normais de pressão e temperatura, isto
é, uma 'correção' deve ser feita (normalmente isso é feito
através de tabelas).
1-
Barômetro de cuba
Toma-se um tubo de vidro de comprimento próximo de 1 m, de secção
constante ou não, fechado numa das extremidades; enche-se de mercúrio
e, tapando a extremidade livre, emborca-se o tubo
em uma cuba também contendo mercúrio.
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A
superfície superior do líquido, no tubo, estacionará à
altura h acima do nível de Hg contido na cuba.
Conhecendo a densidade absoluta do mercúrio, m
e a aceleração da gravidade no local, g, determina-se a
pressão atmosférica ambiente. Esse procedimento é a síntese
da experiência de Torricelli. |
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2
- Barômetro normal
Determina a pressão com boa precisão (0,01 mm de Hg); serve mesmo
como padrão para a aferição de outros barômetros.
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Compõe-se de um
tubo em forma de J, com cerca de 80 cm de altura e 2
cm de diâmetro, fixo a um suporte que permite mantê-lo na
vertical; a leitura é feita por meio de uma escala
adaptada a ele e vizinha do tubo, ou, ainda, com o auxílio
de um catetômetro.
A fim de evitar um fenômeno excessivo de capilaridade, o
tubo tem suas extremidades 'alargadas'. |
Para
maior precisão pode-se, ainda, utilizar um termômetro (para
corrigir o efeito da temperatura sobre os comprimentos e densidade
do mercúrio), assim como lupas e nônios.
3
- Barômetro de Fortin
Além de oferecer medidas de maior precisão, caracteriza-se por
ser transportável.
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O
tubo barométrico (80cm) vem protegido por uma guarnição
de metal onde se encontra a escala graduada em milímetros.
O
recipiente de vidro onde é emborcado o tubo barométrico
possui em seu interior base de camurça; um parafuso de
regulagem age sobre ela e permite levantar ou abaixar o nível
de mercúrio da cuba. O objetivo disto e fazer coincidir
aquele nível com o vértice de um cone de marfim, fixo ao
aparelho e ao qual corresponde o zero da graduação da
escala.
Portanto, antes do uso deste
aparelho, é indispensável "graduar” a coluna de
mercúrio a partir da superfície livre da cuba, isto é,
fazer com que a ponta de marfim toque essa superfície. |
Barômetros
metálicos
Caracterizam-se por não
possuírem coluna barométrica, por serem cômodos e portáteis,
embora menos precisos.
1
- Barômetro aneróide (aneróide = 'sem líquido')
O dispositivo sensível à pressão é um tubo fechado, metálico,
de paredes muito delgadas; constitui uma superfície toroidal não
completa e desprovida de ar internamente.
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Na ilustração
destaca-se que, um aumento de pressão provoca a força DF
= Dp.S
num sentido e a Df
= Dp.s
no sentido oposto; sendo S > s, por ser a
exterior, resulta DF
> Df.
S e s são as
áreas das faces externa e interna do toróide. |
Assim,
um aumento de pressão aproxima os extremos A e B e uma diminuição
os afasta.
Com, K constante do aparelho e DAB
= variação da distância AB, temos
portanto,
DAB
é inversamente proporcional a Dp.
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Uma engrenagem
leve e um ponteiro ampliam as variações DAB
, que podem ser lidas numa escala funcional (isto é, já
aferida e expressa em unidades de pressão). |
2
- Barômetro de Vidi
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Mede a pressão
atmosférica tomando como referencia as deformações
determinadas pelas variações dela própria sobre uma
caixa metálica B, hermeticamente fechada na parte superior
por uma lamina de aço ondulada e muito flexível; no seu
interior é feito o vácuo (rarefação industrial). Um
ponteiro A amplia as deformações e percorre uma escala
funcional. |
3
- Barômetro registrador de Richard
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Caracteriza-se
pelo fato do ponteiro terminar em estilete e gravar as
variações de pressão sobre uma folha de papel
conveniente, enrolada num cilindro que gira em movimento
uniforme. Um mecanismo de relojoaria pode, por exemplo, fazê-lo
dar uma volta em uma semana, ao cabo da qual teremos
registradas todas as pressões que se sucederam. |
Manômetros
Medem
a pressão de fluidos encerrados em recipientes,em particular, dos
gases.
1
- Manômetro de mercúrio (extremidade aberta)
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Consta de um tubo
como o ilustrado a seguir, cuja extremidade pode ser
adaptada ao recipiente R em estudo. A pressão interna dele
pode ser calculada pelo desnível de mercúrio: p = pa
+ mgh
onde p é a
pressão incógnita, pa é a pressão
atmosférica reinante, mgh
é a pressão
hidrostática (m
é a densidade absoluta do Hg, g é o valor absoluto
da aceleração local devido à gravidade e h é o
desnível, tomado com sinal conveniente). |
2
- Manômetro de mercúrio (extremidade fechada)
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Usado
para fortes pressões. Tem-se: p = pB + mgh
, onde pB é a pressão do ar
(rigorosamente, vapor de mercúrio) aprisionado na
extremidade fechada, oposta à que está ligado o
recipiente R.
É
prático fazer pB = 0; para tal é
suficiente retirar o ar de B e desprezar a tensão dos
vapores de Hg que aí permanecem. |
2
- Manômetro de água
É usado para pequenas pressões.
É o de Hg onde se substitui esse liquido por água. A
sensibilidade do aparelho aumenta por diversos fatores:
a)
a densidade sendo 13 vezes menor que a do Hg, uma mesma variação
de pressão provoca variação da altura da coluna 13 vezes maior;
b) a capilaridade é menor
porque a tensão superficial o é;
3
- Manômetro metálico
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É o mais
empregado na indústria. É
um barômetro aneróide em que a pressão variável é a
interna ao tubo metálico; aí não
se faz vácuo e, pelo contrário, o aparelho é ligado ao
recipiente cuja pressão se quer medir. |
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