Um termômetro de bulbo é composto por um líquido contido dentro de um tubo transparente contendo um bulbo com um volume maior de líquido do que o presente no tubo.
Ao alterar a temperatura, o que irá causar a mudança na leitura?

Passo 1

O enunciado pergunta, de forma direta: ao alterar a temperatura de um termômetro de bulbo (bulbo maior, líquido no bulbo e no tubo capilar), o que provoca a mudança na leitura? Informação dada: há um líquido confinado no bulbo e no tubo; o bulbo contém muito mais volume de líquido que o tubo.

Passo 2

Resposta qualitativa imediata (sem contas ainda): a leitura muda porque o volume do líquido muda com a temperatura — o líquido dilata quando aquece e contrai quando esfria. Essa variação de volume desloca o líquido ao longo do tubo capilar, fazendo a coluna subir ou descer e então a marcação da escala mudar.

Passo 3

Vamos formalizar e aprender a fórmula básica da dilatação volumétrica. A dilatação volumétrica de um material diz quanto seu volume muda com a temperatura. Usamos o coeficiente de dilatação volumétrica \beta e a relação linear aproximada para pequenas variações de temperatura:
\Delta V = \beta\,V_0\,\Delta T,
onde \Delta V é a variação de volume, V_0 é o volume inicial e \Delta T é a variação de temperatura. Aqui:
  • \beta = coeficiente de dilatação volumétrica (unidade: ^{\circ}\mathrm{C}^{-1});
  • V_0 = volume inicial do corpo (por ex. volume do líquido no bulbo);
  • \Delta T = temperatura final menos temperatura inicial.
Expliquei isso porque é a fórmula que liga temperatura à alteração de volume — o passo chave para entender o termômetro.

Passo 4

Aplicando ao termômetro: o líquido tem coeficiente \beta_{\text{liq}} e o vidro do bulbo (ou outro material do bulbo) tem coeficiente \beta_{\text{vidro}}. Quando a temperatura muda, o volume interno do bulbo também muda por causa da dilatação do vidro — isso reduz um pouco a variação efetiva do líquido. Se chamarmos o volume do bulbo de V_b e a área da seção transversal do capilar de A, então:
variação de volume do líquido no bulbo:
\Delta V_{\text{liq}} = \beta_{\text{liq}}\,V_b\,\Delta T.
variação do volume interno do bulbo causada pelo vidro:
\Delta V_{\text{vidro}} = \beta_{\text{vidro}}\,V_b\,\Delta T.
o volume líquido “extra” que aparece para deslocar a coluna no capilar é a diferença:
\Delta V_{\text{net}} = \Delta V_{\text{liq}} - \Delta V_{\text{vidro}} = (\beta_{\text{liq}} - \beta_{\text{vidro}})\,V_b\,\Delta T.

Passo 5

Como esse volume extra ocupa o capilar, a subida (ou descida) da coluna \Delta h relaciona-se com a área do capilar A por:
\Delta h = \frac{\Delta V_{\text{net}}}{A} = \frac{(\beta_{\text{liq}} - \beta_{\text{vidro}})\,V_b\,\Delta T}{A}.
Explicação dos termos:
  • \Delta h = variação da altura da coluna visível no tubo (o que vemos na escala);
  • A = área da seção do capilar (quanto menor A, maior \Delta h para a mesma \Delta V_{\text{net}});
  • os demais já foram definidos.
Essa fórmula mostra claramente o mecanismo: a leitura muda porque o volume líquido muda com a temperatura, e a mudança de volume é convertida numa mudança de altura pelo capilar.

Passo 6

Consequências práticas e intuição:
  • Se \beta_{\text{liq}}>\beta_{\text{vidro}} (caso típico), aquecimento ( \Delta T>0) aumenta o volume líquido mais que o aumento do volume do bulbo, logo \Delta h>0 e a coluna sobe — leitura maior. Ao esfriar, a coluna desce.
  • Sensibilidade do termômetro aumenta se o bulbo V_b for grande e o capilar A for pequeno (por isso bulbo grande e tubo fino).
  • O efeito do vidro existe, mas geralmente \beta_{\text{vidro}} é muito menor que \beta_{\text{liq}} (por exemplo, mercúrio e álcoois têm \beta bem maiores), então a contribuição do vidro é pequena, mas pode ser considerada em termômetros mais precisos.
  • Escolha do líquido: mercúrio tem \beta razoavelmente alto e não molha o vidro (coluna bem definida); álcool tem \beta maior ainda (mais sensível) mas pode molhar e formar bolhas.

Passo 7

Resumo prático para a prova (como responder curtinho): a leitura muda pela dilatação volumétrica do líquido no bulbo que desloca o líquido no tubo capilar; a variação observada é proporcional a (\beta_{\text{liq}}-\beta_{\text{vidro}})\,V_b\,\Delta T e inversamente proporcional à área do capilar A.

Resposta

A mudança na leitura é causada pela dilatação volumétrica do líquido no bulbo (menos a dilatação do vidro do bulbo), que faz o líquido subir ou descer no tubo; matematicamente \Delta h=\dfrac{(\beta_{\text{liq}}-\beta_{\text{vidro}})\,V_b\,\Delta T}{A}.

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