Termômetros
(Tipos e construção didática)

Prof. Luiz Ferraz Netto
leobarretos@uol.com.br

Apresentação
Você já deve ter observado que nem sempre podemos caracterizar o estado térmico de um objeto (quente, frio, morno etc.) através das sensações transmitidas pelos órgãos dos sentidos, pois estas dependem tanto do material de que é feito o objeto tocado, como das condições que precederam o contato com o nosso corpo --- é tradicional o experimento das três bacias com água, fria, morna e tépida. Para caracterizar de modo unívoco tais estados térmicos ¾ o objeto da Termometria ¾ é que fazemos 'medidas' de temperatura, utilizando termômetros.

Vários métodos e arranjos foram desenvolvidos para permitirem medições de temperaturas. Muitos deles são baseados sobre o efeito das variações de temperatura sobre matérias. Um dos dispositivos mais utilizados para medir a temperatura é o termômetro de mercúrio. Consiste num tubo de vidro contendo mercúrio ou mesmo um outro líquido (álcool colorido). O incremento da temperatura provoca a expansão do líquido, e a temperatura pode ser determinada medindo a variação de volume do líquido ou, com maior simplicidade, a altura que o líquido alcança na haste do termômetro. Tais termômetros normalmente são calibrados (e é nessa fase que nascem as escalas termométricas) e assim podem mostrar a temperatura, como dissemos, simplesmente observando o nível do líquido no termômetro. Um tipo de termômetro que não é muito prático, mas é importante de ponto de visto teórico, é o termômetro de gás a volume constante.

Ilustramos abaixo alguns tipos de termômetros:

Há vários outros tipos de termômetros, cada um usando uma diferente propriedade da matéria que exiba alguma alteração ao experimentar uma variação de temperatura; são exemplos: os termopares, as termoresistências, os termístores e os pirômetros.

O mais comum, que você já deve ter utilizado, é o termômetro de mercúrio. O mercúrio se expande ou se contrai, subindo ou descendo ao longo de um tubo muito fino, ao ser aquecido e ao ser resfriado, respectivamente. Dilatação é o termo comum de que se utiliza na ciência, normalmente indicado por Dl, para indicar as medidas relativas aos dois comportamentos: expansão e contração.

Dl > 0 = expansão      Dl < 0 = contração

O termômetro que você vamos construir nesta atividade também funcionará desse modo: o líquido ou gás nele contido se expande ou se contrai (genericamente, se dilata), quando aquecido ou resfriado.
Para relacionar a altura do líquido (ou gás) no tubo com a temperatura do corpo com o qual o termômetro entra em contato, você deveremos calibrar o termômetro. Isso será feito a partir de dois pontos de referência: a temperatura do gelo em fusão (0^oC) e a do corpo humano que em condições normais, está a uma temperatura aproximada de 37⁰C. Usando esses dois pontos de referência, você poderá construir a escala do termômetro e efetuar medidas de temperatura de outros corpos.

Termômetro didático
O termômetro 'caseiro' que construiremos apresentará inconvenientes, no entanto, permitirá entender toda a técnica de construção de escalas termométricas, analisar as escolhas dos pontos fixos,  fazer medidas aproximadas de temperatura e poderá ser usado durante um dia inteiro.

Material
1 tubo de ensaio de 16 mm X 150 mm
1 tubo de vidro com aproximadamente 2 mm de diâmetro interno e 50 cm de comprimento
1 rolha com furo central de diâmetro igual ao externo do tubo de vidro
1 recipiente para colocar água e gelo
Gelo picado
1 termômetro (-10 a 110^oC)
1 lamparina a álcool, bico de Bunsen, ebulidor elétrico ou outra fonte de calor.
Álcool

Procedimento
Sugestão A

1. Feche o tubo de ensaio com a rolha furada e introduza o tubo de vidro fino através do furo, tal como mostramos abaixo. Este será o seu termômetro.

Construção de um termômetro com tubo de vidro de pequeno diâmetro adaptado ao tubo de ensaio.

2. Coloque esse conjunto em um recipiente com água e aqueça-o até 40^oC. Ilustramos isso:

O termômetro  montado é colocado em um recipiente com água aquecida até 40oC.

3. Em seguida, a 40^oC, coloque urna gota d’água colorida (pode ser colorida por meio de tinta de caneta) na parte superior do tubo fino de vidro, tal como ilustramos.  

A gota d'água colorida no tubo serve como indicador de temperatura.

4. Substitua a água do recipiente por gelo picado (a 0^oC) e espere que o sistema atinja o equilíbrio térmico. 5. Anote a altura h_o atingida pela gota d’água no tubo. Ilustremos

Calibração do termômetro: Identificação da marca correspondente a 00C.

6. Retire o tubo do recipiente com gelo e coloque-o em contato com seu corpo (em baixo do braço).
7. Anote a altura h₁ atingida pela gota d’água no tubo, correspondente à temperatura do seu corpo.
    Assumiremos para essa temperatura o valor de 37^oC.
8. Agora você tem dados suficientes para construir uma escala para o seu termômetro, pois conhece dois de seus pares posição da gota/temperatura, ou seja:h_o ==> 0⁰C e h₁ ==> 37oC. 
Meça a distância correspondente ao intervalo de 0^oC a 37⁰C (h₁ — h_o) e calcule por 'regra de três' a distância correspondente a 1^oC. Com isso, você pode fazer marcas no tubo de 1 em 1^oC, desde 0^oC até onde for possível.
9. Meça a temperatura de outros objetos, utilizando simultaneamente para cada um deles o termômetro que você construiu e o de mercúrio. Anote os resultados.
10. Compare as temperaturas acusadas pelos dois termômetros, para cada objeto.
11. Ë possível melhorar a sensibilidade desse termômetro? Dê uma sugestão de como fazê-lo.
12. Quais os principais “defeitos” e “qualidades” do seu termômetro?

Sugestão B

1. Encha o recipiente de vidro com álcool colorido até a boca, (dilua qualquer corante no álcool como, por exemplo, tinta de carimbo ou de caneta esferográfica). É importante que não fique ar no interior do recipiente.
2. Coloque a rolha atravessada pelo tubo, de modo que o álcool suba um pouco no tubo (altura h), tal como ilustramos a seguir.

Construção de um termômetro a álcool.

3. Coloque o seu termômetro a álcool em um recipiente contendo gelo fundente e aguarde alguns minutos até que se atinja o equilíbrio térmico (quando a altura do álcool no tubo se estabilizar).
4. Anote a altura h_o do álcool no tubo correspondente à temperatura de equilíbrio com o gelo fundente (0^oC). 5. Retire o termômetro do recipiente com gelo e coloque-o em contato com seu corpo, até que se atinja o equilíbrio.
6. Anote a altura h₁ do álcool no tubo correspondente à temperatura como sendo 37⁰C.
7. Agora você tem dados suficientes para construir uma escala para o seu termômetro, pois conhece dois de seus pares "posição da gota/temperatura", ou seja:h_o ==> 0⁰C e h₁ ==> 37oC. 
Meça a distância correspondente ao intervalo de 0^oC a 37⁰C (h₁ — h_o) e calcule por ' regra de três' a distância correspondente a 1^oC. Com isso, você pode fazer marcas no tubo de 1 em 1^oC, desde 0^oC até onde for possível.
8. Utilize seu termômetro para medir a temperatura de outros objetos.
9. Meça a temperatura ambiente e compare o resultado com a temperatura ambiente medida através do termômetro do mercúrio. A diferença é muito grande? A que você a atribui?
10. É possível melhorar a sensibilidade desse termômetro? Dê uma sugestão de como fazê-lo.
11. Você poderia ter usado, como ponto de referência para a calibração do termômetro, a temperatura de ebulição da água (1 00⁰C ao nível do mar)? Por que?
12. Quais os principais “defeitos” e “qualidades” do seu termômetro?

Bom sucesso!

Aquele abraço,
Léo