Medição De Temperatura E Propriedades Termométricas.

1 INTRODUÇÃO

Temperatura é reconhecida cognitivamente como o nível de calor que existe no ambiente, resultante, por exemplo, da ação dos raios solares ou nível de calor existente num corpo. A temperatura é explicada pela Física como a grandeza termodinâmica intensiva comum a todos os corpos que estão em equilíbrio térmico. Além disso, pode ser explicada como uma grandeza física que mensura a energia cinética média de cada grau de liberdade de cada uma das partículas de um sistema em equilíbrio térmico. Dentro do formalismo da termodinâmica, que leva em conta apenas grandezas macroscopicamente mensuráveis, a temperatura é, de forma equivalente, definida como a derivada parcial da energia interna U em relação à entropia S para um sistema em equilíbrio termodinâmico:

A unidade básica de temperatura (símbolo: T) no Sistema Internacional de Unidades (SI) é o kelvin (K). Tanto o kelvin quanto o grau Celsius (°C) são definidos, por meio de um acordo internacional, por dois pontos: o zero absoluto e o ponto triplo da água (considerando a proporção de isótopos encontrada nas águas oceânicas - padrão de Viena). O zero absoluto é definido precisamente como 0 K e -273,15 °C. O ponto triplo da água é precisamente definido como 273,16 K e 0,01 °C. Esta definição fixa que a variação na escala Kelvin é de igual proporção na escala Celsius, sendo , e estabelece que o valor da temperatura na escala kelvin seja o valor da temperatura na escala Celsius somado a 273,15:

Existem três escalas termométricas oficiais, que são a escala absoluta Kelvin, e as escalas relativas Celsius e Fahrenheit.

Escala absoluta: Foi estudado pelo físico Willian Thomson (1824-1907), conhecido por Lord Kelvin, que estabeleceu pela primeira vez a existência teórica de uma situação na qual as partículas da matéria estariam totalmente desprovidas de energia e, portanto, estariam paradas. A essa situação teórica, que se sabe atualmente ser inalcançável na prática, se deu o nome de zero absoluto e associou a ela a temperatura igual à zero. O símbolo utilizado para Kelvin é o [K], sendo que o ponto de fusão do gelo é 273[K] e o ponto de ebulição da água é 373[K].

Escala relativa Celsius: A escala Celsius, é a mais utilizada na prática, tem como símbolo [ºC], ou seja, o grau Celsius. Nessa escala adota-se a temperatura de 0[ºC], como sendo a temperatura de fusão do gelo e 100[ºC] a temperatura de ebulição da água.

Escala relativa Fahrenheit: o seu símbolo é o [ºF], ou seja, grau Fahrenheit. O ponto de fusão e ebulição nesta escala é respectivamente, 32[ºF] e 212[ºF].

Entre essas três escalas principais, temos uma relação bem conhecida, onde Tf é a temperatura em [ºF], Tc é em [ºC] e Tk em [K], que é:

Tc/5=(Tf-32)/9=(Tk-273)/5

Com relação à medição de temperatura, temos três tipos principais de medidores para tal:

Medição por efeito mecânico:

Variação de Volume: um tipo de medidor por variação de volume é o Termômetro de Líquido em Vidro. Baseia-se na variação de volume sofrida por um líquido considerado ideal, contido num tubo de vidro cuja dilatação é desprezada.

Variação de Pressão: esta classe de termômetros usa a propriedade de um gás confinado em volume constante, aumentando sua pressão quando a sua temperatura é aumentada.

Expansão de Sólido: este tipo de termômetro consiste de um dispositivo de indicação de escala e de um elemento sensor.

Medição por efeito elétrico:

Modificação de Resistência Elétrica: a resistividade de alguns materiais varia quase que linearmente quando há variação de temperatura.

Termistores: semicondutores sensíveis à temperatura. Possuem a propriedade de diminuir a resistividade elétrica com o aumento da temperatura. Existem dois tipos básicos de termistores: o termistor PTC (Positive Temperature Coeficient), que aumenta sensivelmente a sua resistência elétrica com o aumento da temperatura e o termistor NTC (Negative Temperature Coeficient), que diminui sensivelmente a sua resistência elétrica com o aumento da temperatura. Essas variações podem ser observadas na Imagem 1.

Imagem 1: Resistividade elétrica de termistores

Termopares: os termômetros construídos que utilizam destas propriedades têm em sua composição dois metais diferentes que de acordo com uma dada temperatura, geram um gradiente de potencial elétrico entre si. Basta, portanto, conectá-los ao objeto que se deseja medir a temperatura e ligar estes fios metálicos condutores a um circuito com um potenciômetro que mede a f.e.m. entre as duas juntas soldadas na peça.

Medição por efeito radioativo:

Pirômetro (ou pirômetro óptico): dispositivo que mede a temperatura sem contato com o corpo (geralmente altas temperaturas). Mede a temperatura através da emissão da radiação por uma fonte de referência, antes e depois da radiação incidir sobre o gás.

Medição por comparação de cores: algumas substâncias pigmentantes têm a propriedade de mudar de cor em diferentes temperaturas. Muito utilizada na indústria siderúrgica, de solda e metalmecânica pelo uso de canetas ou pó pigmentante.

2 OBJETIVOS

Investigar as propriedades termoelétricas de um dispositivo de resistência de platina, um termopar e um termistor. Examinar o efeito da temperatura em um dispositivo de líquido em vidro e de pressão de vapor.

3 MATERIAIS E MÉTODOS

Para observar as variações nas propriedades de uma substância pura, foi utilizado um banho de água destilada aquecida e um equipamento disposto de sensores sensíveis à temperatura, representado pela Imagem 2.

Imagem 2: Bancada de experimentos

Ao início do experimento, foi adicionada água destilada e verificado o nível no medidor. O equipamento foi ligado e as propriedades iniciais anotadas usando o botão seletor giratório para mudar a exibição digital entre a saída do sensor de referência (PT 100), PRT industrial, termopar e termistor. As leituras dos termômetros de pressão de gás e termômetro de líquido em vidro foram feitas diretamente das escalas nos próprios dispositivos. Os dados