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?
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
e a relação linear aproximada para pequenas variações de temperatura:
onde
é a variação de volume,
é o volume inicial e
é a variação de temperatura. Aqui:
-
= coeficiente de dilatação volumétrica (unidade: ); -
= volume inicial do corpo (por ex. volume do líquido no bulbo); -
= 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
e o vidro do bulbo (ou outro material do bulbo) tem coeficiente
. 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
e a área da seção transversal do capilar de
, então:
variação de volume do líquido no bulbo:
variação do volume interno do bulbo causada pelo vidro:
o volume líquido “extra” que aparece para deslocar a coluna no capilar é a diferença:
Passo 5
Como esse volume extra ocupa o capilar, a subida (ou descida) da coluna
relaciona-se com a área do capilar
por:
Explicação dos termos:
-
= variação da altura da coluna visível no tubo (o que vemos na escala); -
= área da seção do capilar (quanto menor , maior para a mesma ); - 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
(caso típico), aquecimento ( ) aumenta o volume líquido mais que o aumento do volume do bulbo, logo e a coluna sobe — leitura maior. Ao esfriar, a coluna desce. - Sensibilidade do termômetro aumenta se o bulbo
for grande e o capilar for pequeno (por isso bulbo grande e tubo fino). - O efeito do vidro existe, mas geralmente
é muito menor que (por exemplo, mercúrio e álcoois têm bem maiores), então a contribuição do vidro é pequena, mas pode ser considerada em termômetros mais precisos. - Escolha do líquido: mercúrio tem
razoavelmente alto e não molha o vidro (coluna bem definida); álcool tem 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
e inversamente proporcional à área do capilar
.
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
.