Medição de temperatura - Temperature measurement

Daniel Gabriel Fahrenheit , o criador da era da termometria de precisão. Inventou o termómetro de mercúrio (primeira prática, preciso termómetro ) e escala Fahrenheit (primeiro padronizado escala de temperatura a ser amplamente usado).
Um termômetro médico / clínico mostrando a temperatura de 38,7 ° C

A medição de temperatura (também conhecida como termometria ) descreve o processo de medição de uma temperatura local atual para avaliação imediata ou posterior. Conjuntos de dados consistindo em medições padronizadas repetidas podem ser usados ​​para avaliar as tendências de temperatura.

Alguns dos princípios da termometria eram conhecidos pelos filósofos gregos de dois mil anos atrás. Como Henry Carrington Bolton (1900) observou, o "desenvolvimento do termômetro de um brinquedo bruto para um instrumento de precisão ocupou mais de um século, e sua história inicial está repleta de afirmações errôneas que foram reiteradas com tal dogmatismo que receberam a falsa marca de autoridade. " Nas primeiras décadas do século 18 na República Holandesa , Daniel Gabriel Fahrenheit fez duas descobertas revolucionárias na história da termometria. Ele inventou o termômetro de mercúrio em vidro (primeiro termômetro prático, preciso e amplamente utilizado) e a escala Fahrenheit (a primeira escala padronizada de temperatura a ser amplamente utilizada).

História

As tentativas de medição de temperatura padronizada antes do século 17 foram, na melhor das hipóteses, grosseiras. Por exemplo, em 170 DC, o médico Claudius Galenus misturou porções iguais de gelo e água fervente para criar um padrão de temperatura "neutro". O campo científico moderno tem suas origens nos trabalhos de cientistas florentinos nos anos 1600, incluindo Galileu que construiu dispositivos capazes de medir mudanças relativas na temperatura, mas também sujeitos a confusão com mudanças de pressão atmosférica. Esses primeiros dispositivos eram chamados de termoscópios . O primeiro termômetro selado foi construído em 1654 pelo Grão-Duque de Toscani, Ferdinand II . O desenvolvimento dos termômetros e escalas de temperatura de hoje começou no início do século 18, quando Gabriel Fahrenheit produziu um termômetro e uma escala de mercúrio , ambos desenvolvidos por Ole Christensen Rømer . A escala de Fahrenheit ainda está em uso, junto com as escalas Celsius e Kelvin .

Tecnologias

Muitos métodos foram desenvolvidos para medir a temperatura. A maioria deles depende da medição de algumas propriedades físicas de um material de trabalho que varia com a temperatura. Um dos dispositivos mais comuns para medir a temperatura é o termômetro de vidro . Consiste em um tubo de vidro cheio de mercúrio ou algum outro líquido, que atua como fluido de trabalho. O aumento da temperatura faz com que o fluido se expanda, de modo que a temperatura pode ser determinada medindo o volume do fluido. Esses termômetros são geralmente calibrados de forma que se possa ler a temperatura simplesmente observando o nível do fluido no termômetro. Outro tipo de termômetro que não é muito utilizado na prática, mas é importante do ponto de vista teórico, é o termômetro a gás .

Outros dispositivos importantes para medir a temperatura incluem:

Deve-se ter cuidado ao medir a temperatura para garantir que o instrumento de medição (termômetro, termopar, etc.) esteja realmente na mesma temperatura do material que está sendo medido. Sob algumas condições, o calor do instrumento de medição pode causar um gradiente de temperatura, então a temperatura medida é diferente da temperatura real do sistema. Nesse caso, a temperatura medida variará não apenas com a temperatura do sistema, mas também com as propriedades de transferência de calor do sistema.

O conforto térmico que humanos, animais e plantas experimentam está relacionado a mais do que a temperatura mostrada em um termômetro de vidro. Os níveis de umidade relativa do ar ambiente podem induzir mais ou menos resfriamento evaporativo. A medição da temperatura do bulbo úmido normaliza esse efeito de umidade. A temperatura radiante média também pode afetar o conforto térmico. O fator de sensação térmica torna o clima mais frio em condições de vento do que em condições calmas, embora um termômetro de vidro mostre a mesma temperatura. O fluxo de ar aumenta a taxa de transferência de calor de ou para o corpo, resultando em uma mudança maior na temperatura corporal para a mesma temperatura ambiente.

A base teórica para termômetros é a lei zero da termodinâmica, que postula que se você tem três corpos, A, B e C, se A e B estão na mesma temperatura, e B e C estão na mesma temperatura, então A e C estão na mesma temperatura. B, é claro, é o termômetro.

A base prática da termometria é a existência de células de ponto triplo . Os pontos triplos são condições de pressão, volume e temperatura tais que três fases estão simultaneamente presentes, por exemplo sólido, vapor e líquido. Para um único componente não há graus de liberdade em um ponto triplo e qualquer mudança nas três variáveis ​​resulta no desaparecimento de uma ou mais fases da célula. Portanto, as células de ponto triplo podem ser usadas como referências universais para temperatura e pressão (consulte a regra de fase de Gibbs ).

Sob algumas condições, torna-se possível medir a temperatura por um uso direto da lei de Planck da radiação de corpo negro . Por exemplo, a temperatura cósmica de fundo da micro-ondas foi medida a partir do espectro de fótons observados por observações de satélite, como o WMAP . No estudo do plasma quark-gluon por meio de colisões de íons pesados , o espectro de uma única partícula às vezes serve como um termômetro.

Termometria não invasiva

Durante as últimas décadas, muitas técnicas termométricas foram desenvolvidas. As técnicas termométricas não invasivas mais promissoras e difundidas em um contexto de biotecnologia são baseadas na análise de imagens de ressonância magnética, imagens de tomografia computadorizada e ecotomografia. Essas técnicas permitem monitorar a temperatura dentro dos tecidos sem a introdução de um elemento sensor. No campo de fluxos reativos (por exemplo, combustão, plasmas), fluorescência induzida por laser (LIF), CARS e espectroscopia de absorção de laser foram explorados para medir a temperatura dentro de motores, turbinas a gás, tubos de choque, reatores de síntese, etc. A capacidade de tais técnicas baseadas em ótica incluem medição rápida (em escalas de tempo de nanossegundos), apesar da capacidade de não perturbar o objeto de medição (por exemplo, a chama, gases aquecidos por choque).

Temperatura do ar da superfície

A temperatura do ar próximo à superfície da Terra é medida em observatórios meteorológicos e estações meteorológicas , geralmente usando termômetros colocados em um abrigo como a tela Stevenson , um abrigo padronizado e bem ventilado pintado de branco para instrumentos. Os termômetros devem ser posicionados 1,25–2 m acima do solo. Os detalhes desta configuração são definidos pela Organização Meteorológica Mundial (WMO).

Uma verdadeira média diária poderia ser obtida a partir de um termógrafo de registro contínuo . Normalmente é aproximado pela média de leituras discretas (por exemplo, leituras de 24 horas, quatro leituras de 6 horas, etc.) ou pela média das leituras mínimas e máximas diárias (embora as últimas possam resultar em temperaturas médias de até 1 ° C mais frio ou mais quente do que a média verdadeira, dependendo do tempo de observação).

A temperatura média do ar na superfície do mundo é de cerca de 14 ° C.

Comparação de escalas de temperatura

Comparação de escalas de temperatura
Comente Kelvin
K
Celsius
° C
Fahrenheit
° F
Rankine
° Ra (° R)
Delisle
° D ¹
Newton
° N 
Réaumur
° R (° Ré, ° Re) ¹
Rømer
° Rø (° R) ¹
Zero absoluto 0 -273,15 -459,67 0 559,725 -90,14 -218,52 -135,90
Temperatura natural mais baixa registrada na Terra
( Vostok, Antártica - 21 de julho de 1983)
184 -89 -128 331 284 -29 -71 -39
Temperatura "cruzada" em Celsius / Fahrenheit 233,15 -40 –40 419,67 210 –13,2 –32 –13,5
Mistura de gelo / sal de Fahrenheit 255,37 -17,78 0 459,67 176,67 -5,87 -14,22 -1,83
A água congela (na pressão padrão ) 273,15 0 32 491,67 150 0 0 7,5
Temperatura média da superfície da Terra 287 14 57 517 129 4,6 12 15,4
Temperatura média do corpo humano ² 310,0 ± 0,7 36,8 ± 0,7 98,2 ± 1,3 557,9 ± 1,3 94,8 ± 1,1 12,1 ± 0,2 29,4 ± 0,6 26,8 ± 0,4
A mais alta temperatura registrada na superfície da Terra
( Furnace Creek, EUA - 10 de julho de 1913)
329,8 56,7 134 593,7 65,0 18,7 45,3 37,3
Água ferve (na pressão padrão ) 373,15 100 212 672 0 33 80 60
Chama de gás ~ 1773 ~ 1500 ~ 2732
Titânio derrete 1941 1668 3034 3494 -2352 550 1334 883
A superfície do sol 5800 5526 9980 10440 -8140 1823 4421 2909

1 Esta escala de temperatura está em desuso e de mero interesse histórico.
2 A temperatura normal do corpo humano é 36,8 ± 0,7 ° C ou 98,2 ± 1,3 ° F. O valor comumente dado 98,6 ° F é simplesmente a conversão exata do padrão alemão do século XIX de 37 ° C. Uma vez que não lista um intervalo aceitável, pode-se dizer que tem precisão excessiva (inválida). Consulte Temperatura de um ser humano saudável (temperatura corporal) para obter mais informações.
Alguns números nesta tabela foram arredondados.


Padrões

A American Society of Mechanical Engineers (ASME) desenvolveu dois padrões separados e distintos para medição de temperatura, B40.200 e PTC 19.3. B40.200 fornece diretrizes para termômetros atuados por bimetálicos, sistemas preenchidos e líquidos em vidro. Ele também fornece diretrizes para poços termométricos . O PTC 19.3 fornece diretrizes para medição de temperatura relacionadas aos códigos de teste de desempenho, com ênfase particular nas fontes básicas de erros de medição e técnicas para lidar com eles.

Padrões dos EUA (ASME)

  • B40.200-2008: Termômetros, Leitura Direta e Leitura Remota.
  • PTC 19.3-1974 (R2004): Código de teste de desempenho para medição de temperatura.

Veja também

Referências

links externos