Como se mede a temperatura de um corpo?
Passo 1
O enunciado pergunta “Como se mede a temperatura de um corpo?”; o conteúdo envolve termometria, ou seja, o estudo dos métodos e instrumentos que convertem alguma grandeza física dependente da temperatura em uma leitura, geralmente em graus Celsius (
C) ou Kelvin (K). Para resolver, vamos ver o conceito de temperatura, o princípio de funcionamento dos termômetros mais comuns e como eles são calibrados.
Passo 2
Definimos temperatura como a grandeza que caracteriza o estado térmico de um corpo e que determina se, ao sermos colocados em contato, haverá troca de calor até o equilíbrio térmico. Em termometria, escolhe-se uma propriedade física
(volume de um líquido, resistência elétrica, tensão termoelétrica etc.) que varia de modo previsível com a temperatura
.
Passo 3
O princípio geral de um termômetro é:
. Escolher a grandeza
monotônica em relação a
.
. Calibrar o aparelho em pontos fixos de temperatura conhecida (por exemplo, ponto de fusão do gelo a
e ponto de ebulição da água a
sob pressão padrão).
. Medir a propriedade
no corpo-alvo e converter o valor de
na escala de temperatura usando a curva de calibração.
Passo 4
Termômetro de líquido em vidro (mercúrio ou álcool):
A propriedade
é o volume do líquido, que se expande com
.
A escala é gravada na ampola: cada gradua\c{c}~{a}o corresponde a um valor de temperatura obtido na calibra\c{c}~{a}o nos pontos de gelo e vapor.
Basta colocar o bulbo em contato com o corpo até estabilizar e ler o nível do líquido.
Passo 5
Termômetro de resistência (RTD – Resistance Temperature Detector):
A propriedade
é a resistência elétrica
de um material (geralmente platina), que cresce aproximadamente linearmente com
.
Usa-se a relação calibrada
onde
e
vêm da calibração.
Mede-se
com ponte de Wheatstone ou circuito de corrente constante e converte-se para
.
Passo 6
Termopar (jun\c{c}~{o}es de dois metais diferentes):
A propriedade
é a tensão termoelétrica gerada pela junção, segundo o efeito Seebeck.
A f.e.m.
do termopar satisfaz
onde
é a sensibilidade (coeficiente Seebeck) e
é a temperatura de referência (normalmente em um banho de gelo a
).
Mede-se
com um voltímetro de alta impedância e calcula-se
.
Passo 7
Pirômetro ou termômetro infravermelho (medida sem contato):
Baseia-se na radiação térmica emitida pelo corpo, que segue a lei de Planck.
O detector mede a intensidade radiativa em um comprimento de onda ou faixa, e um circuito converte esse sinal em temperatura, assumindo emissividade conhecida do objeto.
Útil para temperaturas muito altas ou objetos em movimento.
Passo 8
Calibração e precisão:
Todo termômetro deve ser comparado a padrões (Instrumentos–padrão primário) para ajustar sua curva
.
Verifica-se fonte de erro (tempo de resposta, condutividade térmica, emissividade, ruído elétrico) e aplica-se correções.
Resposta
Para medir a temperatura de um corpo, utiliza-se um termômetro que explora uma propriedade física
que varia com
, calibra-se essa relação em pontos fixos (por exemplo, gelo a
e vapor a
) e, depois de equilibrado, lê-se
no instrumento e converte-se no valor de temperatura por meio da curva de calibração.