TIPOS DE termômetros. e termômetros ESPECIAIS. Pirômetros ópticos - PDF
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Francisco Câmara Sá
1 Pirômetros ópticos TIPOS DE termômetros e termômetros ESPECIAIS A ideia de construir um pirômetro óptico surgiu em meados do século XIX como consequência dos estudos da radiação dos sólidos aquecidos. A conclusão de que o brilho e a cor de um sólido aquecido depende exclusivamente da sua temperatura levou à medida da temperatura pela comparação visual do brilho de um corpo aquecido cuja temperatura se quer medir um lingote de ferro em uma fornalha, por exemplo com o brilho do filamento de uma lâmpada. Quando ambos os corpos brilharem com a mesma intensidade, conclui-se que eles estão à mesma temperatura: a temperatura do filamento, que pode ser facilmente conhecida. A grande dificuldade para a utilização desse tipo de termômetro era fazer uma comparação visual confiável dos brilhos, o que se resolveu no início do século XX, quando foi inventado o pirômetro óptico de desaparecimento do filamento. O funcionamento desse pirômetro é bem simples: por meio de um sistema óptico, a imagem do filamento é superposta à do sólido aquecido e brilhante, do qual se quer medir a temperatura. Varia-se então o brilho do filamento até que a sua imagem, imersa na imagem do corpo aquecido, desapareça esse desaparecimento indica que ambos têm o mesmo brilho e, portanto, a mesma temperatura. Apesar de ter sido criada há mais de um século, essa tecnologia ainda é usada até hoje não se descobriu outra forma mais cômoda e precisa de medir a temperatura de um corpo aquecido a distância. Veja as fotos: UNIVERSITY OF QUEENSLAND, AUSTRÁLIA/ARQUIVO DA EDITORA (b) SPECTRODYNE/ARQUIVO DA EDITORA (a) Pirômetros ópticos de desaparecimento do filamento. (a) Modelo de 1940 na caixa de madeira está a fonte de tensão por meio da qual se aquece o filamento; (b) modelo atual neste há quatro escalas e podem-se medir temperaturas de 760 ºC a 4 0 ºC. 1
2 Note que, a rigor, as diferenças entre os dois termômetros estão na maior comodidade de uso: o mais moderno é menor e tem leitura digital; o antigo, além da leitura analógica feita por meio da escala circular fixada à caixa de madeira, tem o incômodo das dimensões da própria caixa que abriga a fonte de energia elétrica do filamento. Situação semelhante ocorre também com o termômetro descrito a seguir. Termômetro de resistência elétrica A propriedade da variação da resistência elétrica de um condutor com a temperatura também é conhecida desde a segunda metade do século XIX, mas o termômetro baseado nesse princípio foi inventado antes do pirômetro óptico, em 1886, certamente por ter sido de mais fácil realização, pois não exigia o uso de dispositivos ópticos. Bastou procurar o condutor adequado a platina, cuja variação de temperatura com a resistência elétrica se mostrou linear, e estabelecer a equivalência entre a medida da resistência elétrica e a temperatura. As vantagens do termômetro de um condutor sólido são evidentes: ele pode medir temperaturas que variam de 0 C a C (os intervalos, em geral, são menores, dependem do tipo de termômetro). Veja as fotos: UNIVERSITY OF DUNDEE, SCOTLAND/ARQUIVO DA EDITORA (a) FLUCKE S HART SCIENTIFIC/ARQUIVO DA EDITORA (b) Termômetros de platina. (a) Do início do século XX (acervo do museu da universidade de Dundee, Escócia); (b) atual, fabricado pela Fluke Hart Scientific, Utah, Estados Unidos. 2
3 Na verdade, o termômetro é apenas um sensor construído com um longo fio enrolado de platina (veja a figura abaixo) com dois terminais por meio dos quais ele é acoplado a dispositivos eletrônicos que possibilitam a leitura direta da temperatura. fio de platina isolante de alumina tubo de alumínio base de platina Estrutura interna de um sensor de termômetro de platina. Há outros termômetros baseados em propriedades físicas mais complexas, relacionadas à física moderna, por isso não os abordaremos aqui. Trataremos ainda de dois termômetros especiais: o termômetro de máxima e mínima e o termômetro clínico. Termômetro de máxima e mínima Os termômetros de máxima e mínima, com exceção de alguns modelos antigos, tendem a ser substituídos com vantagem pelos termômetros digitais são, portanto, um dispositivo em extinção. Mas ainda existem em muitas escolas, laboratórios e locais públicos, por isso vale a pena descrever o seu funcionamento. vácuo álcool colorido índice de temperatura máxima bulbo de álcool colorido índice de temperatura mínima C mercúrio Termômetro de máxima e mínima. 3
4 Note que a coluna de mercúrio tem o formato de U e está contida numa coluna de álcool que preenche praticamente todo o termômetro. Sobre cada um dos ramos do U da coluna de mercúrio, há um índice de ferro esmaltado que é empurrado pela coluna de mercúrio quando sobe e que fica preso ao tubo capilar, por atrito, quando o mercúrio desce, marcando o valor atingido. Assim, um lado do U sempre indica a temperatura máxima e o outro a temperatura mínima em determinado período de tempo. Os índices são recolocados na posição inicial manualmente, com o auxílio de um ímã, por isso os índices são de ferro. Termômetros clínicos Os termômetros clínicos são, provavelmente, o tipo mais conhecido de termômetro. São poucas as casas que têm termômetros para medir a temperatura ambiente, mas é muito raro uma família não ter em sua casa um termômetro clínico. A figura abaixo ilustra o tipo mais antigo de termômetro clínico, que também tende a desaparecer do mercado, embora ainda haja quem os utilize e prefira. bulbo estrangulamento Como se vê, trata-se de um termômetro comum de líquido (em geral, mercúrio) em vidro, cuja escala se inicia em torno dos 34 C e termina pouco além dos 40 C. Dessa forma, pode-se obter maior precisão no intervalo em torno dos 36,5 C, temperatura normal do corpo humano. É uma espécie de ampliação da escala. Um estrangulamento garante a permanência da coluna de mercúrio na marcação da temperatura do paciente, mesmo depois que o termômetro é retirado para a leitura. Sacudi-lo com força faz a coluna retornar à posição inicial. Há uma versão digital desse termômetro, cuja única diferença é a leitura eletrônica da temperatura. O termômetro é também de líquido em vidro. LUÍS GOMES/EDITORA ABRIL 4
5 Mas há termômetros clínicos baseados inteiramente em tecnologias atuais. Um deles é o termômetro de cristal líquido. Flexível, seus sensores são dispostos sequencialmente em uma pequena fita, de maneira que, à medida que a temperatura aumenta, a fita muda de cor. Colocado na testa do paciente, ele dá uma boa avaliação da temperatura corporal. Embora não seja tão preciso como os termômetros clínicos tradicionais, tem a vantagem de não ser invasivo. SUMMER INFANT/ARQUIVO DA EDITORA Dos termômetros modernos, no entanto, o mais eficiente é o termômetro de ouvido. Dispõe de um sensor que detecta e mede a temperatura por meio da radiação infravermelha emitida pelo tímpano ou através dele (o sensor não toca no tímpano). Veja a foto: TOM MEDICAL SUPPLIES/ARQUIVO DA EDITORA Como o tímpano é uma membrana fina e quase transparente, a temperatura detectada através dele é, em grande parte, oriunda da radiação vinda do interior do corpo, principalmente do hipotálamo, região do cérebro próxima ao ouvido e responsável, entre outras funções, pelo controle da temperatura corporal. Além de fazer a leitura da temperatura corporal em menos de 1 segundo, a medida da temperatura junto ao hipotálamo antecipa as variações de temperatura em até meia hora em relação àquela feita em outras partes do corpo, isto é, o termômetro de ouvido pode detectar o estado febril em um paciente meia hora antes que um termômetro clínico comum, usado na axila, por exemplo. 51