Termómetro e barómetro

Um termómetro mostra a temperatura como o comprimento de um fio de líquido num tubo de vidro fino, lido numa escala fixada pelo gelo a fundir e pela água a ferver. O seu companheiro, o barómetro, pesa o ar pela altura da coluna de líquido que a atmosfera consegue sustentar: cerca de 760 mm de mercúrio ao nível do mar.

O que é

Um termómetro transforma a temperatura num comprimento que se pode ler. Um reservatório de vidro cheio de líquido continua num tubo de canal muito estreito. Quando o líquido aquece, dilata-se, e o seu fio sobe ao longo de uma escala.

O barómetro saiu das mesmas oficinas italianas e pesa o ar por cima de nós pela altura de uma coluna de líquido. Com termómetros construídos de igual modo, observadores de cidades diferentes puderam comparar as suas leituras, como fez a primeira rede meteorológica a partir de 1654.

Como funciona

Os líquidos crescem um pouco quando aquecem: o etanol cerca de 0,11 % do seu volume por grau, o mercúrio cerca de 0,018 %, o vidro muito menos. O canal torna esse ganho visível, porque todo o volume a mais do reservatório tem de caber nele. Um reservatório com um quinto de centímetro cúbico de álcool ganha cerca de 0,2 mm³ por grau; num canal com 0,2 mm de diâmetro, isso dá um passo de cerca de 7 mm.

Uma escala precisa de pontos que qualquer pessoa possa reproduzir. O gelo puro funde sempre à mesma temperatura, e a água pura ferve sempre à mesma temperatura enquanto a pressão do ar for a mesma. A escala Celsius chama-lhes 0 e 100 e põe cem passos iguais entre eles. Na montanha a água ferve a uma temperatura mais baixa, mais ou menos um grau a menos por cada 300 m de altitude. Calibrar um instrumento é compará-lo com esses pontos ou com uma referência fiável e anotar a diferença; sem isso, dois termómetros podem divergir vários graus. Também conta na cozinha: a agência britânica de segurança alimentar pede 70 °C mantidos durante dois minutos no centro dos alimentos cozinhados.

A água sozinha contrai-se ao aquecer entre 0 e 4 °C e congela a 0 °C. Os primeiros termómetros selados levavam álcool e, a partir do século XVIII, os instrumentos de precisão sobretudo mercúrio, que fica líquido num intervalo largo e não molha o vidro.

O barómetro de Torricelli era um tubo de vidro com cerca de um metro, fechado numa ponta, cheio de mercúrio e virado ao contrário numa tina de mercúrio. A coluna descia até ficarem cerca de 760 mm acima da tina, com um espaço quase vazio por cima. O seu peso equilibra o empurrão do ar sobre a superfície livre. O mercúrio é 13,6 vezes mais denso do que a água, por isso um barómetro de água precisa de mais de 10 m de tubo, a mesma altura que limita uma bomba aspirante.

Perto do nível do mar, a coluna desce cerca de um milímetro por cada 11 m de subida, de modo que um barómetro também mede a altitude. Um barómetro a descer anuncia muitas vezes vento e chuva; um a subir, bom tempo. Os barómetros aneroides trocam o líquido por uma cápsula metálica selada que se deforma.

Como construir

O termómetro de líquido é um instrumento para aprender: compare-o com uma referência para saber o seu erro e nunca o use para alimentos nem para verificar uma febre. O barómetro de frasco indica apenas se a pressão sobe ou desce.

O ponto fixo inferior: a garrafa fica no gelo a fundir até o fio parar.

O termómetro de líquido. Arranje uma garrafa de vidro pequena, de cerca de 100 ml, uma palhinha transparente com pelo menos 25 cm e plasticina. Misture em volumes iguais água e álcool isopropílico a 70 %, tingidos com corante alimentar: a mistura dilata-se mais do que a água e evita o seu comportamento estranho perto do congelamento. Encha a garrafa até à borda, enfie bem a palhinha no líquido e sele o gargalo com plasticina, sem bolhas de ar. À temperatura ambiente, o líquido deve ficar cerca de 8 cm acima da plasticina; junte ou tire um pouco pela palhinha com um conta-gotas. Quanto maior a garrafa e mais fina a palhinha, maior o passo por grau. Cole uma tira de papel por trás da palhinha.

Fixar os pontos. Ponha a garrafa numa taça de gelo picado com um pouco de água, funda o bastante para a cobrir até ao gargalo. Mexa, espere que o fio pare, o que pode levar um quarto de hora, e marque 0; o líquido tem de continuar visível acima da plasticina. Deixe-a voltar à temperatura ambiente e ponha-a depois ao lado de um termómetro de cozinha digital numa taça com água morna da torneira a cerca de 40 °C, mexa, espere que as duas leituras estabilizem e marque o valor da referência; o fio não pode chegar ao topo. Se um dos dois testes falhar, mude a quantidade de líquido ou a garrafa e repita os dois pontos. Divida o intervalo em passos iguais e compare com a referência à temperatura ambiente para saber o seu erro. Nunca aperte a garrafa.

Um barómetro de frasco: a membrana afunda quando a pressão sobe, e a ponta da palhinha levanta-se.

O barómetro de frasco. Corte o pescoço de um balão, estique-o bem sobre um frasco de vidro de boca larga e ate-o com fio para que o ar não passe. Cole uma ponta de uma palhinha comprida ao centro da membrana e deixe a outra sair para além da borda, diante de um cartão. Quando a pressão exterior sobe, a membrana afunda e a ponta levanta-se. O ar fechado também se dilata com o calor: um grau mexe o ponteiro mais ou menos tanto como 3,5 hPa de pressão. Deixe o frasco longe do sol, numa divisão cuja temperatura varie pouco, e compare os seus movimentos com a tendência da pressão dada pelo serviço meteorológico.

A leitura. Mantenha o olho à altura do topo do fio.

Segurança. Nunca construa um instrumento com mercúrio: o seu vapor é tóxico. Se um termómetro de mercúrio antigo se partir, faça sair pessoas e animais e mantenha-os fora, abra as janelas para o exterior e feche as portas para o resto da casa. Não use aspirador nem vassoura. Num chão duro, com luvas, junte as gotinhas com um cartão rígido, passe-as para papel de cozinha húmido, apanhe as mais finas com fita adesiva e feche tudo num saco etiquetado. Num tapete ou estofo, recorte ou ponha de lado a parte contaminada e peça conselho ao serviço local de saúde ou de ambiente. Terminada a limpeza, areje a divisão durante pelo menos 24 horas e entregue os resíduos num ponto de recolha de resíduos perigosos, conforme indicarem as autoridades locais. O álcool isopropílico é inflamável e tóxico: mantenha-o longe de chamas e de crianças. Use água quente da torneira, nunca a ferver, e nunca passe o vidro diretamente do gelo para a água quente.

História e evolução

O termoscópio de Galileu: quando o ar do balão arrefece, a água sobe no gargalo.

Fílon de Bizâncio e Heron de Alexandria sabiam que o ar aquecido incha e empurra a água ao longo de um tubo. Benedetto Castelli lembrava-se de ver Galileu mostrar um termoscópio assim por volta de 1600, e em 1612 o médico Santorio, em Veneza, tinha-lhe acrescentado uma escala para acompanhar as febres. Por ser aberto, reagia também à pressão do ar.

Torricelli descreveu o barómetro de mercúrio numa carta de junho de 1644. Em 1648, Florin Périer, cunhado de Pascal, levou um ao cimo do Puy de Dôme, onde a coluna ficou cerca de 8,5 cm mais baixa do que em Clermont. Em Florença, os artesãos do grão-duque Fernando II fecharam álcool em vidro selado e, em 1654, o grão-duque enviou termómetros iguais para a primeira rede meteorológica.

Daniel Gabriel Fahrenheit fez termómetros de mercúrio em Amesterdão a partir da década de 1710 e publicou o seu método em 1724. Anders Celsius propôs a sua escala em 1742, com 0 na ebulição e 100 no congelamento; foi invertida pouco depois da sua morte, em 1744. Em 1848, William Thomson, mais tarde lorde Kelvin, propôs uma escala absoluta, cujo zero está hoje fixado em −273,15 °C.

Em 1868, Carl Wunderlich, com dados de cerca de 25 000 doentes, situou a média normal em cerca de 37 °C e o início da febre perto dos 38 °C. Robert FitzRoy lançou os avisos britânicos de tempestade em 1861 e publicou a primeira previsão pública no Times em agosto desse ano. Os sensores digitais e os termómetros com outros líquidos substituíram em grande parte os de mercúrio, hoje restringidos em muitos países.