Um termômetro, no português brasileiro, ou termómetro, no português europeu, é um dispositivo que mede a temperatura, isto é, indica quão quente ou frio está um objeto. Um termômetro tem dois elementos fundamentais: um sensor de temperatura, como o bulbo de um termômetro de mercúrio ou o sensor de um termômetro infravermelho, no qual ocorre alguma alteração quando a temperatura muda, e um meio de converter essa alteração em um valor numérico, como a escala marcada em um termômetro de mercúrio ou a leitura digital de um modelo infravermelho. Termômetros são usados em tecnologia e na indústria para monitorar processos, em meteorologia, em medicina, nos termômetros clínicos, e na pesquisa científica.
Uma escala padrão
Embora um termômetro isolado possa comparar estados mais quentes e mais frios, as leituras de dois termômetros não podem ser comparadas numericamente a menos que sigam uma escala comum ou que se conheça a relação entre suas escalas. Existe uma escala absoluta de temperatura termodinâmica. As escalas de temperatura acordadas internacionalmente são formuladas para se aproximar dela por meio de pontos fixos e termômetros de interpolação.
A Escala Internacional de Temperaturas de 1990, ou ITS-90, começa em 0,65 K e se estende às temperaturas mais altas que possam ser medidas por termometria de radiação. Acima do ponto de solidificação da prata, a 961,78 °C, sua realização usa a lei de Planck e a comparação com a radiação de um corpo negro em um ponto fixo. O ponto de solidificação do cobre, a 1.357,77 K, é uma dessas referências, não o limite superior da escala.
+ Seleção de pontos fixos da ITS-90 e dos valores de temperatura atribuídos pela escala Substância Estado de referência Temperatura em K Temperatura em °C Mercúrio Ponto triplo 234,3156 −38,8344 Água Ponto triplo 273,16 0,01 Gálio Fusão 302,9146 29,7646 Índio Solidificação 429,7485 156,5985 Zinco Solidificação 692,677 419,527 Prata Solidificação 1.234,93 961,78 Cobre Solidificação 1.357,77 1.084,62
Os pontos de fusão e solidificação da tabela correspondem à pressão de 101.325 Pa. Um ponto triplo é a condição em que as fases sólida, líquida e gasosa coexistem em equilíbrio.
Desde 20 de maio de 2019, o kelvin é definido pelo valor fixado da constante de Boltzmann, e não pelo ponto triplo da água. Os valores atribuídos aos pontos fixos da ITS-90 são convencionais e não devem ser confundidos com a definição da unidade.
História
Registros históricos escassos e contraditórios tornam difícil atribuir com certeza a invenção do termômetro a uma única pessoa ou data. Desenvolvimentos ocorreram em paralelo, e o instrumento recebeu aperfeiçoamentos graduais. Sua história é a de uma tecnologia em evolução, e não a de uma única invenção.
Desenvolvimentos antigos Dispositivos e ideias da pneumática na Antiguidade deram inspiração à invenção do termômetro durante o Renascimento.
Filão de Bizâncio miniatura|esquerda|alt=Figura de Fludd do experimento de Filão|Figura de Fludd do experimento de Filão
No século III a.C., Filão de Bizâncio registrou um experimento com um tubo cuja extremidade era mergulhada em um recipiente com líquido e cuja outra extremidade se ligava a uma esfera oca e hermeticamente fechada. Quando o ar da esfera era aquecido por uma vela ou pela exposição ao Sol, ele se expandia, saía da esfera e produzia bolhas no recipiente. Quando o ar da esfera esfriava, formava-se um vácuo parcial que puxava o líquido para dentro do tubo. As mudanças na posição do líquido mostravam se o ar dentro da esfera estava ficando mais quente ou mais frio.
Traduções do experimento de Filão a partir do grego antigo foram usadas por Robert Fludd por volta de 1617 e serviram de base para seu termômetro de ar.
Heron de Alexandria Em seu livro Pneumatics, Heron de Alexandria, que viveu entre 10 e 70 d.C., apresenta instruções para construir uma "fonte que goteja pela ação dos raios solares". O aparelho era uma versão mais elaborada do experimento pneumático de Filão, mas funcionava pelo mesmo princípio, aquecer e resfriar o ar para movimentar água. Traduções da antiga obra Pneumatics chegaram à Itália no fim do século XVI e foram estudadas por autores como Galileu Galilei, que já a havia lido em 1594.
Primeira escala de temperatura com um ponto fixo miniatura|direita|alt=Escala de temperatura de Hasler mostrando graus de temperatura com base na latitude do indivíduo|Escala de temperatura de Hasler, com graus de temperatura corporal baseados na latitude do indivíduo.
O médico greco-romano Cláudio Galeno introduziu dois conceitos usados no desenvolvimento de uma escala de temperatura e na invenção do termômetro. Primeiro, propôs que o grau de quente ou frio poderia ser medido por "graus de calor e frio". Também concebeu uma temperatura fixa de referência, uma mistura de quantidades iguais de gelo e água fervente, com quatro graus de calor acima desse ponto e quatro graus de frio abaixo. No século XVI, o médico Johann Hasler desenvolveu escalas de temperatura corporal baseadas na teoria dos graus de Galeno para ajudá-lo a misturar a quantidade adequada de medicamentos para os pacientes.
Desenvolvimentos do fim do Renascimento
Termoscópio
No fim do século XVI e no início do século XVII, cientistas europeus, entre eles Galileu Galilei e o fisiologista italiano Santorio Santorio, desenvolveram aparelhos com um bulbo de vidro cheio de ar, ligado a um tubo parcialmente preenchido com água. À medida que o ar do bulbo aquecia ou esfriava, a altura da coluna de água no tubo diminuía ou aumentava. O observador podia comparar a altura da água naquele momento com alturas anteriores e detectar mudanças no estado térmico do bulbo e de seu ambiente imediato. Os modelos sem uma escala que atribuísse um valor numérico à altura do líquido são chamados de termoscópios, pois tornavam observáveis as mudanças de quente e frio. O conceito de temperatura usado na física ainda não havia surgido.
Termômetro de ar A diferença entre um termoscópio e um termômetro é que este último possui uma escala.
"Um termômetro é simplesmente um termoscópio com uma escala. [...] Proponho considerar axiomático que um 'metro' deve ter uma escala ou algo equivalente. [...] Se isso for admitido, o problema da invenção do termômetro se torna mais simples. O da invenção do termoscópio permanece tão obscuro quanto antes."W. E. K. Middleton, A history of the thermometer and its use in meteorology.
Com base nessa distinção, Middleton apontou como possíveis inventores do termômetro Galileu, Santorio, o inventor neerlandês Cornelius Drebbel e o matemático britânico Robert Fludd. Embora Galileu seja frequentemente apresentado como inventor do termômetro, não existe documento preservado que mostre que ele tenha produzido um instrumento graduado desse tipo.
O primeiro diagrama claro de um termoscópio foi publicado em 1617 por Giuseppe Biancani, que viveu de 1566 a 1624. Santorio Santorio publicou ilustrações de instrumentos graduados em 1625. O instrumento consistia em um tubo vertical, fechado na parte superior por um bulbo de ar, com a extremidade inferior aberta dentro de um recipiente com água. O nível da água no tubo era controlado pela expansão e contração do ar. O aparelho corresponde ao que se chama de termômetro de ar.
Criação do termo termômetro A palavra termômetro, em sua forma francesa, apareceu pela primeira vez em 1624 em La Récréation Mathématique, de Jean Leurechon, que apresenta um instrumento com uma escala de oito graus. A palavra vem do grego antigo θερμός, thermós, "quente", e μέτρον, métron, "medida".
Termômetro selado de líquido em vidro miniatura|Termômetros de cinquenta graus de meados do século XVII, expostos no Museu Galileu. Pontos pretos indicam graus individuais e pontos brancos, intervalos de dez graus. Eram usados para medir a temperatura atmosférica.
Os modelos abertos tinham a desvantagem de também funcionarem como barômetros, pois eram sensíveis à pressão do ar. Em 1629, Joseph Solomon Delmedigo, aluno de Galileu e Santorio em Pádua, publicou o que parece ser a primeira descrição e ilustração de um termômetro selado de líquido em vidro. O instrumento tinha um bulbo na parte inferior de um tubo selado, parcialmente preenchido com conhaque. O tubo possuía uma escala numerada. Delmedigo não afirmou ter inventado o aparelho e também não indicou outra pessoa como seu inventor. Por volta de 1654, Fernando II de Médici, grão-duque da Toscana, que viveu de 1610 a 1670, produziu um instrumento desse tipo, baseado na expansão de um líquido e independente da pressão do ar. Outros cientistas experimentaram com líquidos e projetos diferentes de termômetro. Cada inventor e cada termômetro, porém, usava uma solução própria, sem uma escala padronizada.
Primeiras tentativas de padronização As primeiras tentativas de padronização acrescentaram um único ponto de referência, como o ponto de congelamento da água. A introdução de duas referências para graduar o termômetro costuma ser atribuída a Joachim Dalencé em 1668, embora Christiaan Huygens, que viveu de 1629 a 1695, já tivesse sugerido em 1665 o uso de graduações baseadas nos pontos de fusão e de ebulição da água como padrões. Em 1694, Carlo Rinaldini, que viveu de 1615 a 1698, propôs usá-los como pontos fixos em uma escala universal dividida em graus. Em 1701, Isaac Newton, que viveu de 1642 a 1726 ou 1727, propôs uma escala de doze graus entre o ponto de fusão do gelo e a temperatura corporal.
Termometria de precisão
miniatura|Termômetro clínico de máxima, de mercúrio em vidro 138px|miniatura|Um termômetro de álcool miniatura|direita|180px|Termômetro com escalas Fahrenheit e Celsius
Em 1714, o cientista e inventor Daniel Gabriel Fahrenheit criou um termômetro confiável que usava mercúrio em vez de misturas de álcool e água. Em 1724, propôs uma escala de temperatura que, com pequenos ajustes, passou a levar seu nome. Em 1742, Anders Celsius, que viveu de 1701 a 1744, propôs uma escala com zero no ponto de ebulição e 100 graus no ponto de congelamento da água. A escala que leva seu nome tem esses pontos na ordem inversa.Christin's thermometer, Science Museum, arquivado em 1 de junho de 2013, e Linnaeus' thermometer. Em 1730, o entomologista francês René-Antoine Ferchault de Réaumur apresentou uma escala de temperatura para um termômetro de álcool.
miniatura|Very Slippy-WeatherCaricatura de James Gillray, 1808
Herman Boerhaave, que viveu de 1668 a 1738, usou medições com termômetro na prática clínica. Em 1866, sir Thomas Clifford Allbutt, que viveu de 1836 a 1925, inventou um termômetro clínico capaz de fornecer uma leitura da temperatura corporal em cinco minutos, em vez de vinte.Sir Thomas Clifford Allbutt, Encyclopædia Britannica.
Termômetros registradores Os termômetros tradicionais de indicação direta não conservavam a leitura depois que o instrumento era levado para um lugar com temperatura diferente. Para determinar a temperatura de uma panela com líquido quente, era necessário manter o termômetro no líquido até depois da leitura. Se um termômetro sem retenção fosse retirado, a temperatura indicada começaria a mudar para acompanhar as novas condições, neste caso a temperatura do ar. Termômetros com retenção da leitura permitem que o instrumento seja retirado e lido mais tarde ou em um local mais conveniente. Modelos mecânicos mantêm a maior ou a menor temperatura atingida até serem reiniciados manualmente, como ao sacudir um termômetro clínico de mercúrio em vidro, ou até que seja atingida uma temperatura ainda mais extrema. Termômetros registradores eletrônicos podem ser programados para armazenar a maior ou a menor temperatura atingida, ou para registrar a temperatura em um momento determinado.