Medição de temperatura - Temperature measurement
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:
- Termopares
- Termistores
- Detector de resistência de temperatura (RTD)
- Pirômetro
- Sondas Langmuir (para temperatura do elétron de um plasma )
- Termômetro infravermelho
- Outros termômetros
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
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
- Linha do tempo da tecnologia de medição de temperatura e pressão
- Fórmulas de conversão de temperatura
- Temperatura de cor
- Temperatura de Planck
- Registrador de dados de temperatura
- Medições de temperatura de satélite
Referências
links externos
- Callendar, Hugh Longbourne (1911). . Encyclopædia Britannica . 26 (11ª ed.). pp. 814–821. Outra pesquisa contemporânea de material relacionado.
- Callendar, Hugh Longbourne (1911). Encyclopædia Britannica . 26 (11ª ed.). pp. 821–836. Um levantamento contemporâneo detalhado da teoria termométrica e do projeto do termômetro. .
- Uma comparação de diferentes tecnologias de medição Agilent Technologies, Inc. "Practical Temperature Measurements" (PDF) . Arquivado do original (PDF) em 2016-11-16 . Página visitada em 2018-11-19 .
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