
A medição de temperatura é uma ação recorrente na ciência e tecnologia. Da investigação laboratorial aos processos industriais, a utilização de escalas termométricas permite-nos interpretar e controlar fenómenos térmicos.
Mas o que são exatamente escalas termométricas e qual o seu papel na medição da temperatura? Este artigo explora os fundamentos, classificações e aplicações dessas escalas, com uma abordagem didática e acessível.
O que é uma escala termométrica?
Uma escala termométrica é um sistema de referência que relaciona uma propriedade física mensurável com valores de temperatura.
Estas escalas baseiam-se em fenómenos físicos que variam de forma previsível com as mudanças de temperatura, como a expansão de líquidos, a variação da resistência eléctrica ou a pressão de um gás a volume constante.
É importante distinguir as escalas termométricas das escalas de temperatura. Escalas de temperatura, como Celsius, Fahrenheit e Kelvin, são sistemas padronizados usados para expressar quantitativamente a temperatura.
Já as escalas termométricas estão associadas aos métodos e instrumentos utilizados para medir a temperatura.
Fundamentos de escalas termométricas
As escalas termométricas são ferramentas fundamentais para medição de temperatura, baseadas na relação entre as propriedades físicas dos materiais e as mudanças de temperatura.
Para entender como funcionam é necessário conhecer os princípios que os regem, como propriedades termométricas, calibração e reprodutibilidade.
Propriedades termométricas
Uma propriedade termométrica é uma quantidade física que varia previsivelmente com a temperatura. Isto permite que seja usado como base para medir este parâmetro.
Exemplos comuns de propriedades termométricas incluem a expansão de líquidos, como mercúrio ou álcool, que aumenta com o calor, e a mudança na pressão de um gás a volume constante.
Outros exemplos incluem alterações na resistência elétrica de materiais condutores e radiação térmica emitida por corpos quentes, utilizados em dispositivos como pirômetros.
Calibração
A calibração de uma escala termométrica é conseguida através da definição de pontos de referência específicos, como os pontos de congelamento e ebulição da água, ou o ponto triplo da água, que corresponde a 273,16 K na escala Kelvin .
Esses pontos permitem atribuir valores precisos e uniformes às temperaturas medidas.
Linearidade e reprodutibilidade
Além disso, as escalas termométricas ideais são caracterizadas pela sua linearidade e reprodutibilidade . Isto significa que a relação entre a propriedade medida e a temperatura é proporcional e consistente, garantindo que os resultados sejam confiáveis e comparáveis, independentemente do instrumento utilizado.
Classificação de escalas termométricas
As escalas termométricas são classificadas de acordo com a propriedade física utilizada para medir a temperatura.
Os mais comuns e suas principais características são descritos a seguir:
1. Baseado na dilatação
Os termômetros de mercúrio e álcool são os exemplos mais representativos desta categoria. Esses dispositivos medem a temperatura aproveitando a expansão de um líquido contido em um tubo capilar.
Eles são amplamente utilizados em aplicações cotidianas devido à sua simplicidade e confiabilidade.
Os termômetros de mercúrio são baratos, fáceis de usar e requerem pouca manutenção. No entanto, a sua faixa de medição é limitada pelos pontos de congelamento e ebulição do líquido utilizado, tornando-os inadequados para temperaturas extremas.
2. Com base na pressão de um gás
Os termômetros de gás de volume constante funcionam medindo a pressão de um gás que varia linearmente com a temperatura, desde que o volume permaneça constante.
Em geral, oferecem alta precisão e uma faixa de medição muito ampla.
São comuns em pesquisas científicas e na calibração de outros instrumentos de medição.
3. Com base nas propriedades elétricas
Nesta categoria encontramos termômetros de resistência (RTD) e termopares. Os RTDs utilizam a variação da resistência elétrica em materiais como a platina, cuja resistência aumenta previsivelmente com a temperatura. Os termopares, por sua vez, geram uma tensão proporcional à diferença de temperatura entre dois metais unidos.
As vantagens que apresentam são que são robustos, possuem uma ampla faixa de temperatura e permitem medições remotas.
Eles são usados em controle industrial, monitoramento de processos e experimentos científicos.
4. Baseado na radiação térmica
Pirômetros e termômetros infravermelhos medem a radiação térmica emitida por corpos quentes para determinar sua temperatura.
Esses tipos de balanças termotérmicas não requerem contato físico com o objeto que está sendo medido e são ideais para temperaturas extremamente altas ou objetos em movimento.
Entre outros, são utilizados na indústria metalúrgica, no controle de qualidade e em sistemas de segurança.
5. Baseado em transições de fase
Estas escalas baseiam-se nas temperaturas de transições de fase, como fusão ou solidificação, que são pontos de referência muito precisos. Um exemplo notável é o ponto triplo da água (273,16 K), usado para calibrar a escala Kelvin.
Essas balanças termoelétricas fornecem precisão extremamente alta.
Relação entre escalas termométricas e escalas de temperatura
As escalas termométricas permitem medir a temperatura com precisão, mas os resultados devem ser expressos numa escala de temperatura padronizada.
Por exemplo: Um termômetro de mercúrio calibrado em Celsius fornecerá leituras como 0°C (ponto de congelamento da água) ou 100°C (ponto de ebulição da água). Por outro lado, um termômetro de resistência pode ser calibrado em Kelvin, com leituras como 273,15 K para o ponto de congelamento da água.