Como funciona um termômetro

Daniela de Vargas Lira
Cristiane Carraro
Turma: 102

A temperatura dos corpos físicos é uma medida de sua energia interna e é obtida através de um instrumento denominado termômetro. Entretanto, a base da termometria - ou seja, a medição da temperatura - está na chamada "Lei Zero da Termodinâmica". Diz esta lei: "Se um corpo A está em equilíbrio térmico com B, e B está em equilíbrio térmico com C, então A também estará em equilíbrio térmico com C”. O conceito de temperatura veio da observação que uma mudança no estado físico (como por exemplo, no volume) pode ocorrer quando dois objetos estão em contato (como o que ocorre quando uma barra de ferro incandescente é mergulhada na água). Esta mudança de estado físico é interpretada como a transferência de energia na forma de calor de um corpo para o outro. A temperatura é a propriedade que nos indica a direção do fluxo de energia. Nos primórdios da termometria, a temperatura foi relacionada à altura de uma coluna de líquido, e foi observada a diferença de altura quando o termômetro foi colocado primeiro em contato com gelo derretendo e depois com água fervendo. Esta diferença foi então dividida em cem partes iguais chamadas de "graus", e o ponto mínimo foi chamado de "zero". Este procedimento levou à escala Celsius de temperatura. O que tudo isso tem a ver com a lei zero da termodinâmica? O termômetro é constituído por uma coluna de líquido dentro de um corpo, normalmente de vidro, que entra em contato com o corpo do qual deseja-se medir a temperatura. Vejamos isso com mais profundidade: Em 1944, o cientista italiano Envagelista Torricelli (1608-1647) determinou o valor da pressão atmosférica. Um esquema de sua experiência pode ser representado assim: Ele colocou mercúrio em um recipiente (1) e em um tubo de vidro (2) com 1 m de comprimento. Tampando a extremidade do tubo, emborcou-o no recipiente (3). Em seguida, destampou o tubo e verificou que o mercúrio escoava até certo ponto (4). Torricelli conclui que o ar sobre o recipiente impedia que o mercúrio do tudo continuasse a escoar e, dessa forma, determinou o valor da pressão atmosférica, que corresponde a altura da coluna de mercúrio no tubo. Assim, ano nível do nível do mar, a coluna de mercúrio é de 760 mmHg, chamada de pressão normal, correspondendo a 1 atmosfera. A altura da coluna de mercúrio varia com a altitude, portanto a pressão atmosférica varia com a altitude. Resumindo: Seja "A" o corpo, "B" o material do termômetro e "C" o líquido interno, a medida da temperatura só é possível porque se " 'A' está em equilíbrio térmico com 'B' e 'C' está em equilíbrio térmico com 'B', então 'A' também está em equilíbrio térmico com 'C' ". Caso isso não fosse verdade as medidas de temperatura não seriam possíveis com a configuração proposta pelo termômetro.
Entretanto, devido ao fato dos líquidos expandirem de maneiras diferentes, e nem sempre uniformemente em um intervalo de temperatura, os termômetros construídos de materiais diversos forneciam valores numéricos de temperatura bastante diferentes entre os pontos fixos. A escolha do mercúrio como líquido de preenchimento dos termômetros não foi arbitrária. Ele foi escolhido de maneira a maximizar a precisão para fins corriqueiros de modo que uma quantidade razoável de líquido fosse utilizada. Neste caso havia dois problemas a superar: 1) se o líquido fosse pouco denso uma quantidade muito grande deveria ser utilizada no bulbo; 2) se o coeficiente de expansão térmica (a variação do volume em função da temperatura) não fosse linear na faixa de medida o líquido seria inadequado. Um exemplo de líquido que não apresenta coeficiente de expansão térmica linear em determinadas faixas de temperatura é a água. A água expande abaixo de aproximadamente 4º C.
Bibliografia: SARDELLA, Antônio. Volume Único, Editora Ática. São Paulo – SP: 2000.
http://alkimia.tripod.com/curiosidades/mercurio_termometro.htm