Breve histórico sobre termômetros e escalas

A medida e o controle da temperatura, nos dias atuais, desempenham um papel muito importante. Nas indústrias, nos laboratórios científicos, na medicina e até mesmo em nossas casas, estamos constantemente fazendo uso de termômetros para medir e controlar a temperatura de uma grande variedade de objetos, nas mais diversas circunstâncias.

O famoso médico grego Galeno, em 170 d.C., foi o primeiro a propor uma escala de temperaturas, tomando como base a ebulição da água e a fusão do gelo. Em suas notas médicas, ele sugeria, em torno dessas temperaturas, quatro “graus de calor “acima e quatro “graus de frio” abaixo. Entretanto, suas observações não são suficientemente claras e precisas para dizermos que ele tenha criado uma escala de temperaturas.

O primeiro termômetro de que se tem notícia foi construído por Galileu, em 1592. O aparelho de Galileu consistia em um tubo de vidro, terminando por um tubo fino, cuja extremidade era introduzida em um recipiente contendo água colorida. Antes de emborcar o tubo água, Galileu aquecia um pouco o bulbo de vidro para expulsar parte do ar aí contido. Então, mergulhando o tubo no recipiente, quando a temperatura do bulbo retornava ao seu valor inicial, a água subia no tubo    (forçada pela pressão atmosférica) até uma certa altura. Evidentemente, o aparelho assim construído permitia comparar as temperaturas de objetos colocados em contato com o bulbo, pois a altura da coluna de água é tanto menor quanto maior for a temperatura do bulbo.

Conta-se que os médicos da época passaram a usar o termômetro de Galileu para verificar se seus pacientes estavam com febre. Para isto, colocavam o bulbo na boca de uma pessoa sadia e marcavam o nível da água no tubo. Em seguida, colocavam o bulbo na boca do paciente e, se a coluna descesse abaixo do nível anterior, o médico concluía que a temperatura do doente estava acima da normal.

O aparelho de Galileu não era propriamente um “termômetro” pois não possuía escala para medir a temperaturas. Na realidade, ele permitia apenas a comparação de duas temperaturas e, por isto, devemos denominá-lo mais apropriadamente de “termoscópio de Galileu”.

No termoscópio de Galileu, as variações de temperatura eram indicadas pela dilatação ou contração de uma massa de ar. O primeiro termômetro de líquido, semelhante aos que são usados até hoje, foi construído por Jean Rey, um médico francês, em 1637. Neste termômetro, as variações de temperatura eram indicadas, de maneiras semelhante aos termômetros atuais, pela dilatação ou contração da água contida num reservatório inferior (bulbo) ligado a um tubo de vidro na vertical e aberto.

Alguns anos mais tarde, Fernando ll, Duque de Toscana, que se interessava por ciências, desejando medir temperaturas inferiores ao pondo de solidificação da água, construiu um termômetro, semelhante ao de Jean Rey, usando álcool em lugar de água. Para evitar a evaporação do álcool, ele teve a idéia de fechar a parte superior do tubo, construindo, assim, um termômetro realmente igual aos que usamos na atualidade.

O Duque Fernando ll contribuiu enormemente para o desenvolvimento da termometria, fundando em Florença uma Academia especializada na construção de termômetros. Os habilidosos especialistas que trabalhavam nesta Academia foram os primeiros a usar o mercúrio como líquido termométricos, sendo usados por mais de cem anos.

Para tornar possível a medida da temperatura, usando os termômetros construídos, os especialistas procuraram estabelecer escalas termométricas para graduar estes aparelhos. Como esta graduação podia ser feita de maneira totalmente arbitrária, foram surgindo várias escalas, bastante diferentes umas das outras. Cada país adotava sua própria escala e, muitas vezes, cientistas diferentes de um mesmo país trabalhavam com escalas diferentes. No início do século XVlll, esta proliferação de escalas termométricas era tal que existiam mais de 35 escalas em uso. Entre elas destacavam-se e tiveram maior aceitação as escalas de Réaumur, de Fahrenheit e de Celsius.

A escala Celsius foi escolhida em Congressos Internacionais como escala padrão para ser adotada em qualquer atividade, em todos os países do mundo.

Outra escala usada universalmente, principalmente nos meios científicos, foi proposta pelo físico irlandês, Lord Kelvin (1824-1907), sendo denominada escala Kelvin ou escala absoluta. A idéia de se propor esta escala surgiu das discussões em torno de temperaturas máximas e mínimas que podem ser atingidas por um corpo. Verificou-se que não há, teoricamente, um limite superior para a temperatura que um corpo pode alcançar. Entretanto, observa-se que existe um limite natural, quando tentamos abaixar a temperatura. Estudos realizados em diversos países mostraram que é impossível obter uma temperatura inferior a – 273ºC (denominada zero absoluto ou zero Kelvin), onde as moléculas de qualquer corpo estariam estáticas. 

Temperaturas absolutas notáveis 

Apresentamos, a seguir, algumas temperaturas notáveis, expressas em kelvin, desde o interior das estrelas mais quentes até o zero absoluto, que representam os dois extremos conhecidos.

  • Bomba de hidrogênio ( 10 8 K );
  • Interior do Sol ( 10 7 K );
  • Bomba atômica ( 3 . 10 5 K );
  • Superfície do Sol ( 6 . 10 3 K );
  • Filamento de lâmpada incandescente ( 3 . 10 3 K );
  • Chama de fogão ( 1,1 . 10 3 K );
  • Turbina a vapor ( 9 . 10 2 K );
  • Oxigênio líquido ( 90 K );
  • Superfície do planeta Plutão ( 45 K );
  • Hidrogênio líquido ( 20 K );
  • Hélio líquido ( 4 K );

Está no Guinness

     De acordo com o Guinness, o livro de recordes, a temperatura mais baixa até hoje conseguida foi 2,8 . 10 - 10  K, isto é, duzentos e oitenta trilionésimos de kelvin acima do zero absoluto. Esse feito, anunciado em 1993, foi realizado no laboratório de Baixas Temperaturas da Universidade de Tecnologia de Helsinque ( Finlândia ). 

Fonte: Física Conceitos e Aplicações, Ed. Moderna

                       QUESTÕES

(Copiar as questões e resolver no caderno para o dia 15 de fevereiro) 

1.  Por que a expressão “termômetro”  não é adequada para designar o dispositivo construído por Galileu ? 

2.  Suponha que uma pessoa tenha graduado um termoscópio de Galileu, adaptando-lhe uma escala com a qual pudesse medir temperaturas do corpo humano ( entre 36 oC a           42 oC ).Faça um desenho mostrando aproximadamente este aparelho e sua escala. 

3.  Explique a razão pela qual o Duque Fernando ll , na antiga Florença, substituiu a água pelo álcool na construção de termômetros. Por que ele decidiu fechar a parte superior do tubo desses termômetros ?

 4.  Conta-se que Fahrenheit, ao estabelecer os pontos fixos de sua escala, definiu 100 oF como sendo igual à temperatura do corpo humano. Se isso fosse realmente verdadeiro, o que se poderia dizer sobre o estado de saúde da pessoa que Fahrenheit tomou para referência ?

 5.  Quando o bulbo de um termômetro é aquecido por uma chama, o nível da coluna de mercúrio inicialmente desce para, logo em seguida, subir acima do nível inicial. Explique por que isto acontece. 

6.  O álcool etílico tem ponto de congelamento de – 39 oC sob pressão normal. Determine essa temperatura na escala Kelvin e Fahrenheit.

 7.  Sêmen bovino para inseminação artificial é conservado em nitrogênio líquido que, à pressão normal, tem temperatura de 78 K. Calcule essa temperatura em graus Celsius e em graus Fahrenheit.

 8.  Desejando-se medir a temperatura de um pequeno inseto, colocou-se um grande número deles em um recipiente. Introduzindo-se entre os insetos um termômetro, verificou-se que, depois de um certo tempo, o termômetro indicava 30 oC.

a)  Para determinar a temperatura de cada inseto seria necessário conhecer o número deles no recipiente?

b)  Então, qual era a temperatura de um dos insetos ?

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