A Lei Zero da Termodinâmica possui duas grandes implicações: existe algo que podemos medir, que chamamos de Temperatura; e coisas com uma mesma Temperatura estão em equilíbrio térmico entre si. Isso significa que podemos criar padrões de comparação, ou escalas, às quais comparamos a Temperatura das coisas. Se temos uma escala, podemos medir a Temperatura de um corpo com um instrumento e dizer onde esse corpo encontra-se nessa escala. Os instrumentos que utilizamos para medir a Temperatura chamam-se Termômetros.
Estamos habituados à existência do termômetro, um instrumento capaz de medir a temperatura, seja em um indivíduo doente ou para analisar o clima, porém nem sempre foi assim. Existe uma grande diferença entre uma régua e um termômetro: com a régua, medimos algo visível aos nossos sentidos, enquanto com o termômetro medimos algo que não conseguimos enxergar ou ouvir. Como mostramos nos artigos anteriores, nosso corpo é um péssimo termômetro, então precisamos encontrar coisas que traduzam a medição para nós.
Como surgiram os Termômetros?
Termoscópios na Grécia Antiga
Os primeiros antepassados do termômetro que se tem registro foram desenvolvidos por Filão de Bizâncio, no século II AEC, e por Heron de Alexandria, no século I DEC. Esses Termoscópios consistiam de um tubo conectado em um globo fechado, com ar, em uma extremidade, enquanto a outra permanecia submersa em água. Com esta montagem é possível observar que, se o globo de ar é aquecido ou resfriado, a quantidade de água dentro do tubo diminui ou aumenta, respectivamente. Esse experimento, na época, demonstrou a dilatação do ar que ocorre com o aquecimento, sem o intuito de medir a Temperatura.
A redescoberta dos Termoscópios
Embora esse experimento seja considerado inovador na termodinâmica, o desenvolvimento dos Termoscópios e Termômetros como medidores de temperatura ocorreu somente no final do século XVI e começo do XVII. Frequentemente atribuído aos cientistas Galileu Galilei, Santorio Santorio, Cornelius Drebbel e Robert Fludd. Galileu utilizou-se dos escritos de Heron sobre Pneumática; enquanto Fludd estudou os manuscritos de Filão, desenvolvendo o Termômetro de Ar, com escala numérica para medições, mas que não era referente a Escalas de Temperatura fixas, dado que essas ainda não existiam.
A ideia de graus de calor e frio, relativos à febre, já havia sido descrita pelo médico romano Galeno de Pérgamo, mesmo sem instrumentos adequados. Santorio Santorio foi quem introduziu o termoscópio em suas práticas médicas, para analisar a temperatura corporal de seus pacientes. O uso desses instrumentos, no entanto, não era padronizado, pois não havia uma escala fixa, e os resultados não eram consistentes entre cidades distintas. Na época ainda não se sabia que isso ocorria porque a medida depende da pressão atmosférica, que variam devido da altitude do local.
Termoscópios x Termômetros
A diferença entre um termoscópio e um termômetro é simples: todo termômetro tem uma escala. No termômetro de mercúrio, aquele comum, o mercúrio avança em frente a uma régua com marcações de temperatura, ou seja, uma escala. Mas o uso de escalas requer um mínimo de padronização e isso não era algo simples. A escala não precisa ser uma régua: o termômetro eletrônico de farmácia é calibrado em relação a padrões de temperatura, e apresenta uma medida nessa escala.
Existem registros escritos do uso de escalas em Termoscópios, transformando-os em Termômetros, desde 1611, mas essas escalas não faziam referência a uma Temperatura padrão e serviam apenas como referência à calibração do próprio instrumento. Mesmo com muitos problemas de projetos desses equipamentos, seu uso na medicina e ciência foi primordial. Giovanni Sagredo, por exemplo, adicionou uma escala ao Termoscópio de Galileu e realizou medidas quantitativas no verão e inverno, criando uma escala própria, e analisou o resfriamento de lagos, demonstrando que lagos menores resfriam mais rápido que os maiores.
Termômetros selados e a possibilidade de um padrão
Buscando resolver o problema da variação da medida em viagens ou de acordo com o clima, Ferdinando II de Medici criou o primeiro Termômetro Selado. Esse continha um líquido (álcool, neste caso) em um tubo de vidro fechado. Nestes, a expansão e contração de líquidos registrava a temperatura independentemente do clima ou local da Terra, sem ter a pressão interferindo nas suas medições. A partir daí, faz sentido buscar uma padronização da escala de medição, como veremos nos próximos artigos.
Hoje temos muitas tecnologias para medir a Temperatura, afinal, basta observar um fenômeno que depende dela e correlacionar com uma escala. Os conhecidos Termômetros de Mercúrio utilizam a dilatação do material, que cresce em um tubo fino, no qual comparamos a posição a uma escala. Os termômetros eletrônicos que encontramos nas farmácias utilizam um termistor, um componente eletrônico cuja resistência elétrica varia com a temperatura. Há ainda os Termômetros Infravermelhos, muito utilizados em restaurantes para monitorar a temperatura da comida sem encostar nela, que detectam a luz que emitimos (sim, tudo corpo emite luz), que varia com a Temperatura de acordo com a Radiação de Corpo Negro. Há métodos demais para citar aqui, mas o interessante é perceber que essas medidas são sempre indiretas; observamos efeitos que dependem da Temperatura relacionamos uma medida à outra.
Maria Eduarda Belló e Gabriel Cury Perrone / Equipe AMLEF 2023
Referências:
- McGee, T. D. Principles and methods of temperature measurement. Nova Iorque, 1988.
- Wikipedia: Filão de Bizâncio (PT-BR/EN)
- Wikipedia: Termômetro (PT-BR/EN)
- Wikipedia: Termoscópio (PT-BR/EN)
- Semiologia: A historia do termômetro
- Origem das Coisas: A origem do termômetro
- NUSSENZVEIG, H. Moysés, Curso de Física Básica 2. Edição: 5.ed. Cidade: São Paulo, Edgard Blücher, 2014.