Escalas termométricas

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Prof. Jefferson Santana Martins
Termômetros
Calor e temperatura
TEMPERATURA
• Temperatura: é 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. Esta definição é análoga a afirmar que a temperatura 
mensura a energia cinética média por grau de liberdade de cada partícula do 
sistema, uma vez consideradas todas as partículas de um sistema em equilíbrio 
térmico em um certo instante. A rigor, a temperatura é definida apenas para 
sistemas em equilíbrio térmico.
Um mapa múndi mostrando a média 
mensal da temperatura do ar na superfície
https://www.google.com/url?q=http://pt.wikipedia.org/wiki/Equil%25C3%25ADbrio_t%25C3%25A9rmico&sa=D&source=editors&ust=1621041794709000&usg=AOvVaw2mp_fNHuW3kfV-78x1qOHC
Temperatura
Vibração térmica de um segmento 
da hélice alfa de proteína: A 
amplitude das vibrações aumenta 
com a temperatura.
A compreensão teórica de temperatura 
em um gás ideal pode ser obtido a partir 
da teoria cinética.
Temperatura
■ As partículas constituintes dos corpos estão em contínuo 
movimento. Entende-se temperatura, como sendo uma 
grandeza que mede a maior ou menor intensidade dessa 
agitação térmica.
Maior temperaturaMenor temperatura
Se os corpos estiverem a 
temperaturas diferentes, a 
energia pode ser trocada 
entre eles.
No equilíbrio térmico os corpos em contato térmico deixam de 
trocar energia. 
Frequentemente associamos o conceito de temperatura com o 
grau de quente ou de frio de um corpo que tocamos .
A nossa pele é sensível à taxa de transferência de energia e não 
à temperatura do corpo .
Temperatura
Temperatura e Calor
A B
TA > 
TB
Calor
TA = TB
A BCalor
Equilíbrio Térmico
"Se dois corpos estão em 
equilíbrio térmico com um 
terceiro, então eles estão em 
equilíbrio térmico entre si." (3)
Lei zero da Termodinâmica 
Na primeira situação, os blocos A e B estão isolados termicamente, ou seja, não há 
troca de calor entre eles. Entretanto ambos podem trocar energia na forma de calor 
com o bloco C. Essa troca se dá enquanto os blocos não estiverem em equilíbrio 
térmico. Na segunda situação, a parede isolante está separando o bloco C dos 
outros. Embora haja uma parede de material condutor entre A e B, não ocorre 
troca de calor. Isso é explicado pela Lei Zero da Termodinâmica que afirma que se A 
e B estão em equilíbrio térmico com C, então A e B estão em equilíbrio térmico 
entre si.
https://www.google.com/url?q=http://pt.wikipedia.org/wiki/Equil%25C3%25ADbrio_t%25C3%25A9rmico&sa=D&source=editors&ust=1621041795271000&usg=AOvVaw1a9eYf_2z2cRnYPrLslCMV
https://www.google.com/url?q=http://pt.scribd.com/doc/29238925/termodinamica&sa=D&source=editors&ust=1621041795271000&usg=AOvVaw02paPOGxkqS5rEmw3vz-sn
Termometria
Termometria é a parte da termologia voltada para o estudo da 
temperatura, dos termômetros e das escalas termométricas.
A Escala Celsius construída em 1742, pelo físico e astrônomo sueco 
Anders Celsius, que adotou para o ponto de fusão de gelo o valor 0 (zero) 
e para o ponto de ebulição da água o valor 100 (cem). Dividiu-se o 
intervalo obtido entre os pontos fixos em cem partes iguais, em que cada 
parte corresponde a uma unidade da escala e foi denominada de grau 
Celsius, cujo símbolo é 0 °C.
Como o intervalo entre os pontos fixos dessa escala foi dividido em cem 
partes iguais, ela recebeu o nome de centesimal e, atualmente, a Escala 
Celsius é a mais utilizada em todo o mundo.
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ESCALA CELSIUS
Escala Fahrenheit 
A Escala Fahrenheit foi construída, em 1727, pelo físico 
alemão Daniel Gabriel Fahrenheit, que adotou o valor 0 (zero) 
para a mistura: água, gelo picado e sal; e o valor 100 para a 
temperatura do corpo humano. Dividiu-se o intervalo entre 
esses pontos fixos em 100 partes iguais e cada parte recebeu o 
nome de grau Fahrenheit, cujo símbolo é °F.
Ao compararmos os pontos fixos escolhidos por 
Fahrenheit e Celsius, temos para o ponto de fusão do gelo, sob 
pressão de 1 atmosfera, o valor 32 °F e para o ponto de vapor 
da água, também sob pressão de 1 atmosfera, o valor 212 °F; o 
intervalo dividido em 100 partes iguais pelo sueco (Celsius) é 
dividido em 180 partes iguais Fahrenheit .
Esta escala foi utilizada 
principalmente pelos países que foram 
colonizados pelos britânicos, mas seu 
uso atualmente se restringe a poucos 
países de língua inglesa, como 
os Estados Unidos e Belize.
https://www.google.com/url?q=http://pt.wikipedia.org/wiki/Pa%25C3%25ADs&sa=D&source=editors&ust=1621041796588000&usg=AOvVaw3bMKkrRc-L5f-sgMFXIHf4
https://www.google.com/url?q=http://pt.wikipedia.org/wiki/Imp%25C3%25A9rio_Brit%25C3%25A2nico&sa=D&source=editors&ust=1621041796588000&usg=AOvVaw3R21_f15jVpvN438VlO4FQ
https://www.google.com/url?q=http://pt.wikipedia.org/wiki/L%25C3%25ADngua_inglesa&sa=D&source=editors&ust=1621041796588000&usg=AOvVaw1zWqIdQRNLp-GsZEo3UTmk
1. A evolução tecnológica alcançada a partir da 
Revolução Industrial do começo do século XIX 
trouxe consigo algumas questões relacionadas aos 
processos de fundição que exigiam altas 
temperaturas. Uma delas foi: até que ponto seria 
possível aquecer um corpo?
2. E até que ponto seria possível resfriar um corpo?
Escala kelvin 
•A experiência vem 
mostrando não haver 
limite para a 
temperatura que um 
determinado corpo 
pode atingir. 
•A resposta para segunda 
pergunta foi dada pelo 
físico irlandês William 
Thomson (1824-1907), 
homenageado com o 
título de lorde Kelvin.
Escala kelvin 
• Como vimos, a temperatura está 
relacionada ao estado de agitação 
das moléculas de uma determinada 
substância. 
• Sendo assim, deve existir uma 
temperatura onde não há movimento 
das moléculas. 
• Lord Kelvin determinou essa 
temperatura utilizando termômetros 
a gás e achou o valor de -273,15 0C.
Escala kelvin 
Assim, Kelvin atribuiu o valor zero para este 
estado térmico e o valor de 1 kelvin a uma 
extensão igual à do grau Celsius, de modo que 
o ponto de fusão do gelo, corresponde a 273 K 
e o ponto de ebulição da água, corresponde a 
373 K. O nome e o símbolo grau kelvin foram 
abolidos em convenção científica internacional 
e substituídos simplesmente por kelvin; 
portanto, ao invés de 10 °K, escreve-se 10 K e 
lê-se: dez kelvin.
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RELAÇÃO VOLUME - TEMPERATURA DE UM GÁS A 
PRESSÃO CONSTANTE. ZERO ABSOLUTO
• O zero absoluto é inacessível na prática. Pode-se chegar 
bastante perto, mas quanto mais próximo dessa temperatura, 
mais difícil fica para o corpo ceder energia térmica, pois essa 
transferência se faria para outro corpo cujo grau médio de 
agitação das partículas fosse menor.
• Frio não existe como grandeza física. Um corpo esfria 
quando cede calor. Se um corpo pudesse receber frio, não 
existiria um limite inferior para a temperatura.
• É possível obter outras escalas absolutas trabalhando-se 
com tamanhos de divisões diferentes do da escala Celsius, 
mas o zero será o mesmo para todas elas.
Escala kelvin 
Imagens: SEE-PE
Conversão entre escalas
•Uma das exigências feitas ao Reino Unido por ocasião da 
formação da União Europeia foi a adoção do Sistema 
Internacional de Unidades (SI). Temporariamente, convivem 
no Reino Unido o sistema antigo e o SI. Há séculos 
acostumados com seu sistema de unidades, os ingleses irão 
aos poucos absorvendo o SI e em breve, provavelmente, a 
escala Fahrenheit deixará de existir. Talvez um dia fiquemos 
somente com a escala Kelvin, uma “verdadeira” escala de 
temperaturas. Imagine sua mãe dizendo: “Leve um agasalho, 
pois a temperatura vai baixar. A TV anunciou 280 K”. Verifique 
se o conselho procede, utilizandocomo referência a escala 
Celsius.
Conversão entre escalas - exemplo
•Em países de língua inglesa é a escala Fahrenheit em que o 
zero (0ºF) foi escolhido para a temperatura de certo dia frio 
na Islândia e o cem (100 ºF) para a temperatura média 
corporal de uma pessoa. Nessa escala, a temperatura de 
fusão do gelo corresponde, a 32ºF e a temperatura de 
ebulição da água a 212 ºF. O intervalo é dividido em 180 
partes, cada uma correspondendo a 1ºF. Será que a 
temperatura de 100ºF corresponde mesmo à temperatura 
de 36 ºC que é o valor considerado normal para temperatura 
corporal? (GREF – Física Térmica – parte 1)
Conversão entre escalas - exemplo
Termômetro – Um dispositivo calibrado para medir a temperatura 
do corpo.
É a partir da termologia que se estudam os processos de medição 
da temperatura de um corpo.
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Termometria
Algumas das propriedades físicas que mudam com a temperatura e que são usadas nos 
termômetros:
• o volume de um líquido; 
• o comprimento de um sólido;
• a pressão de um gás mantido a volume constante;
• o volume de um gás mantido a pressão constante;
• a resistência eléctrica de um condutor;
• a cor de um corpo quente.
Termômetro
• Instrumento destinado a medir a 
temperatura dos corpos;
• A medida da temperatura é feita 
de forma indireta;
• Grandezas e substâncias 
termométricas;
COMO MEDIR A TEMPERATURA
Como medir temperatura
Os medidores de temperatura podem ser divididos em dois grandes 
grupos: o termômetros de efeito mecânico e o termômetros de efeito 
elétrico. O primeiro grupo tem como princípio de medição a dilatação 
dos materiais e o segundo tem como base as propriedades 
termelétricas e resistivas dos materiais. Existem ainda um terceiro 
grupo de medidores por radiação (ondas eletromagnéticas)
Termômetros de efeito mecânico
Termômetro de líquido em vidro
• A medição de temperatura é 
feita através da leitura da 
posição do líquido na escala 
graduada.
• Utiliza-se geralmente álcool ou 
mercúrio. Por exemplo, um dos 
dispositivos (termômetro) mais 
antigos é o termômetro de 
vidro, que se baseia na 
expansão do mercúrio ou outro 
líquido com a temperatura.
Termômetros de efeito mecânico
Termômetro bimetálico
• Dois metais de diferentes 
coeficientes de dilatação 
linear são unidos numa 
determinada temperatura. 
Ao submeter à junta a uma 
temperatura determinada 
ela se curvará no sentido 
da indicação da 
temperatura.
How does a bimetallic strip thermometer 
work? - tec-science (tec-science.com)
https://www.google.com/url?q=https://www.tec-science.com/thermodynamics/temperature/how-does-a-bimetallic-strip-thermometer-work/&sa=D&source=editors&ust=1621041799239000&usg=AOvVaw1vRGnj24URKJiLeUL2_O7F
https://www.google.com/url?q=https://www.tec-science.com/thermodynamics/temperature/how-does-a-bimetallic-strip-thermometer-work/&sa=D&source=editors&ust=1621041799240000&usg=AOvVaw18GadVXib7sWdGVxvIF8ob
Termômetros de efeito elétrico
Este tipo de medição é mais conveniente já que estes métodos 
permitem obter um sinal mais facilmente detectável, amplificável e 
usado para propósitos de controle. Estes tipos de sensores podem ser 
encontrados em qualquer instalação industrial devido a sua praticidade 
e eficiência.
Resistores sensíveis à temperatura - Termistores
• Um resistor sensível à 
temperatura é chamado de 
termistor.
• Na maioria dos tipos comuns de 
termistores a resistência diminui 
à medida que a temperatura 
aumenta.
• Eles são denominados 
termistores de coeficiente 
negativo de temperatura e 
indicados como NTC.
• Existem ainda os PTC, termistores 
onde a resistência aumenta com 
o aumento da temperatura.
Resistores sensíveis à temperatura - Termistores
Resistores sensíveis à temperatura - Termistores
A variação da resistência (R) de um termistor com 
temperatura absoluta (T) é razoavelmente bem descrita pela 
expressão 
R(T) = a exp(b/T) 
onde a e b são constantes. 
Podemos determinar o valor de a e b medindo a resistência 
em duas temperaturas diferentes T1 e T2.
Se R1 e R2 são os resultados encontrados, então:
R1 = a exp(b/T1); R2 = a exp(b/T2)
e é fácil demonstrar que
b = ln (R1 / R2) T1T2 / (T2 - T1) .
A maioria dos termistores tem b entre 3000 e 4000 Kelvin.
O valor de a pode ser calculado por:
a = R1 exp(-b/T1) ou a = R2 exp(-b/T2).
Resistores sensíveis à temperatura - Termistores
O gráfico mostra a 
resistência de dois 
termistores diferentes em 
função da temperatura. A 
25ºC um dos termistores 
tem resistência de 100 kΩ e 
o outro tem 10 kΩ. Ambos 
têm b = 3500 K
Termômetros de efeito elétrico
Termoresistências metálicas
Termo-resistências metálicas são construídas a partir de fios 
ou filmes de platina, cobre, níquel e tungstênio para 
aplicações a alta temperatura. A variação da resistência 
elétrica de materiais metálicos pode ser representada por 
uma equação da forma:
R = R
o
 (1 + a
1
.T + a
2
.T2 + a
3
.T ….a
n
.Tn) 
onde R
o
 = resistência a T=0 oC.
A termo-resistência mais comum é a base de um fio de 
platina chamada PT100. Esse nome é devido ao fato que ela 
apresenta uma resistência de 100 à 0 ºC . Entre 0 a 100 ºC a 
variação pode ser considerada linear, com a
1
= 0,00385 Ω/ 
Ω/ K.
RTD
➢ O metal mais utilizado na construção 
de termo-resistências é a Platina, 
sendo encapsulados em bulbos 
cerâmicos ou de vidro.
➢ Os modelos mais utilizados 
atualmente são: Pt- 25,5 Ω, Pt-100 
Ω, Pt-120 Ω, Pt-130 Ω e Pt-500 Ω, 
sendo que na indústria o mais 
conhecido e utilizado é o Pt-100 Ω (a 
0 °C).
➢ Uma liga composta de cobre e níquel 
também é utilizada na construção de 
detectores de temperatura por 
variação de resistência elétrica 
(RTD).
RTD 
Ao contrário de instrumentos de 
medição de temperatura puramente 
indicadores, como termômetros de líquido 
em vidro ou termômetros de fita bimetálica, 
o sinal elétrico dos termômetros de 
resistência pode ser diretamente processado, 
combinado e avaliado com outros dados. Os 
termômetros de resistência também são 
muito robustos e cobrem uma ampla faixa de 
temperatura de -200 ° C a +800 ° C com alta 
precisão.
Dependendo da aplicação, no entanto, o 
tempo de atraso relativamente grande dos 
termômetros de resistência pode ser uma 
desvantagem, isto é, os termômetros de 
resistência requerem algum tempo até que se 
adaptem à temperatura a ser medida. Os 
termopares, explicados a seguir, oferecem 
tempos de atraso significativamente mais 
curtos.
Termômetros de efeito elétrico - Termopares
Termopares
Um termopar é um sensor que 
compreende dois pedaços de fios dissimilares, 
unidos em uma das extremidades. Essa união 
constitui um circuito termoelétrico, ou seja, a 
capacidade de variar energia elétrica através da 
variação da temperatura. Devido às muitas 
particularidades desse sensor ele será tratado 
em item específico deste trabalho. 
Dentre os sensores por efeito elétrico o 
termopar é o mais utilizado em tomadas de 
impulso para medição de temperatura. Sua 
aplicação em larga escala se da em virtude da 
sua praticidade, capacidade de operar em altas 
temperaturas e por fornecer respostas rápidas. 
O funcionamento do Termopar está baseado 
nas leis da termeletricidade.
Transdutores termoelétricos - Termopar
Seebeck (1823): se dois metais diferentes são conectados em um circuito com 
as junções em temperaturas diferentes, uma corrente flui no mesmo
Absorção de calor pela junta fria (T1) e liberação de calor pela junta quente 
(T2). A diferença de temperatura entre as duas junções é proporcional à força 
eletromotriz de Seebeck, responsável pela corrente que circula entre as juntas
Transdutores termoelétricos - Termopar - Funcionamento
https://www.tec-science.com/wp-content/uploads/2019/03/en-temperature-measurement-thermocouple-seebeck-effect.
mp4
https://www.google.com/url?q=https://www.tec-science.com/wp-content/uploads/2019/03/en-temperature-measurement-thermocouple-seebeck-effect.mp4&sa=D&source=editors&ust=1621041801842000&usg=AOvVaw1MV0ocN1Q6vi4Lp0nU9Ipkhttps://www.google.com/url?q=https://www.tec-science.com/wp-content/uploads/2019/03/en-temperature-measurement-thermocouple-seebeck-effect.mp4&sa=D&source=editors&ust=1621041801843000&usg=AOvVaw0T_wJSb6g_kzmaB7YeQ8-c
Transdutores termoelétricos - Termopar - Funcionamento
Um gradiente de temperatura 
entre a junção de medição e 
as extremidades dos 
respectivos fios resulta em 
um efeito termoelétrico, com 
o aparecimento de uma 
tensão elétrica. 
Como esses metais são diferentes, o efeito termoelétrico tem intensidade diferente em 
cada fio.. Por exemplo, comparado ao cobre, o ferro tem uma tensão termoelétrica em 
torno de 6 vezes mais alta. Isso significa que para cada temperatura uma tensão elétrica 
diferente se estabelece nas extremidades do fio.
Transdutores termoelétricos - Termopar
Termopares são sensores de temperatura simples, 
robustos e de baixo custo, sendo amplamente 
utilizados nos mais variados processos de medição 
de temperatura. Um termopar é constituído de 
dois metais distintos unidos em uma das 
extremidades. Quando há uma diferença de 
temperatura entre a extremidade unida e as 
extremidades livres, verifica-se o surgimento de 
uma diferença de potencial que pode ser medida 
por um voltímetro. Diferentes tipos de termopares 
possuem diferentes tipos de curva diferença de 
potencial versus temperatura.
Transdutores termoelétricos - Termopar - Aplicações
Os termopares são adequados para medir 
em uma ampla faixa de temperatura, de 
-270 a 3000 ° C (por um curto período de 
tempo, em atmosfera inerte). As aplicações 
incluem medição de temperatura para 
fornos, exaustão de turbinas a gás, motores 
a diesel e outros processos industriais. Eles 
são menos adequados para aplicações em 
que pequenas diferenças de temperatura 
precisam ser medidas com alta precisão, 
por exemplo, o intervalo de 0 a 100 ° C com 
precisão de 0,1 ° C. Para tais aplicações, 
termistores e RTD são mais adequados.
Um termopar (o tubo 
mais à direita) dentro do 
conjunto do queimador 
de um aquecedor de 
água
A conexão do termopar para 
conectar à combinação 
termostato / válvula de gás
Comparação entre 
diferentes sensores 
de temperatura
• Física II – Termodinâmica e Ondas, H. D. Young & R. A. 
Freedman, 12a ed., Pearson, 2008.
• Curso de Física Básica. Vol. 2 – Fluidos, Oscilações, Ondas e 
Calor, Moysés Nussenzveig, Edgar Blücher, 1996.
• DOCA, Ricardo; BISCUOLA, Gualter; VILLAS BÔAS, Newton. Os 
tópicos da física. 8ª ed. Vol. 2. São Paulo: Saraiva, 2007.
• GREF. Física 2 – Física Térmica e Óptica. EDUSP, 5ª Ed. 
Livros sugeridos