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AULA _Termometria
Disciplina INSTRUMENTOS METEOROLÓGICOS E MÉTODOS DE OBSERVAÇÃO
ACA 221 Graduação Departamento de Ciências Atmosféricas / Iag / USP
Responsável: Prof. Humberto Ribeiro da Rocha
Material apresentado exclusivamente aos alunos da disciplina, com conteúdo referenciado da literatura e disponível na www – NÃO CIRCULAR
Temperatura
O TERMÔMETROO TERMÔMETRO
• Grego : therme = calor
• Latim :metrum = medida
• instrumento que mede a temperatura de um sistema.
São Luiz do Paraitinga, Serra do Mar, SPT
ar
(°C
)
Média diária(ex S.L. Paraitinga, SP)
Exemplo de Temperatura do ar em diferentes escalas
São Luiz do Paraitinga, Serra do Mar, SPT
ar
(°C
)T
ar
(°C
)
Média diária(ex S.L. Paraitinga, SP)
30/01 a 03/02/2008
Média horária
Exemplo de Temperatura do ar em diferentes escalas
São Luiz do Paraitinga, Serra do Mar, SPT
ar
(°C
)T
ar
(°C
)T
ar
(°C
)
Média diária(ex S.L. Paraitinga, SP)
Medidas a cada 1 s (sensor rápido)
30/01 a 03/02/2008
Média horária
19/12/2009
Exemplo de Temperatura do ar em diferentes escalas
Primeiros registros históricos de medir temperatura
~150 DC Galeno (médico grego): oito níveis de “temperamento” ou estado de saúde dos pacientes
4 o de calor (acima do neutro): água fervendo
Neutro (resultante da mistura água fervente + gelo)
4 o de calor (abaixo do neutro) : água na fase gelo
~1300 Harme de Berna (médico) : base nas latitudes
4 o de calor: latitude equatorial4 o de frio : latitude dos polos
Termoscópio de Galileo
Itália (Renascimento)
Século 16
– criação do termômetro moderno
1592 - Galileo Galilei inventa o termômetro rudimentar de água
Termoscópio de Galileo
do grego skopeo = "vejo“
- esfera conectada a tubo de vidro oco com escala
submergidos sobre um reservatório aberto (alcool
colorido)
- a esfera é aquecida, o ar borbulha no álcool e escapa; - ao resfriar a esfera, a água
sobe pelo tubo
(aberto, sensível à pressão atmosférica)
1612 –Santorio Santorio (Italia)
Primeiro termômetro: termoscópio com uma escala de medida.
Pioneiro em aplicar métodos quantitativos à medicina (com termoscópios)
• Século 17
• Ferdinando II (Itália) • - lança o primeiro termômetro lacrado (não se altera com
pressão atmosférica) com álcool (1641), conceito de Torricelli
• – 1a rede de termômetros nas cidades da Itália (1654)
• Robert Hooke (London Royal Society)– Establece os princípios de comparação : príncipio de solidificação
da água
• • Século 18• 1724 Daniel Fahrenheit • - primeiro termômetro moderno: bulbo de mercúrio.
• - primeiro a fixar o ponto zero : – mistura de gelo e sal (32 GRAUS)
– Temperatura do corpo humano (96 GRAUS)
Termômetros de expansão térmica
de líquido em vidroex : bulbo de mercúrio
bulbo de álcool (etanol ou toluol)
de expansão térmicaex : placa bi-metálica
Notas de aula Disciplina ACA 221 Instrumentos Meteorológicos e Métodos de ObservaçãoLaboratório de Clima e Biosfera
Departamento de Ciências Atmosféricas / IAG/USP
Termômetro de bulbo
de líquido em vidro (ex. mercúrio, álcool)
estações meteorológicas convencionais medicina
• elementos (notas de aula)
• princípio de calibração dos de termômetro de bulbo : a temperatura verdadeira resulta da expansão relativa entre a coluna de mercúrio e a coluna do tubo de vidro
• imersão parcial : aferido com bulbo e parte da coluna no fluido • Imersão total : aferidos com bulbo e toda coluna imersos no
fluido (a maioria dos termômetros são de imersão total)
• - Erros frequentes (notas de aula)
Escalas de temperatura e Conversão
Portanto 1 oC = 1 K ~ 2 oF
Anders Celsius (1701 - 1744)
1742 proposta de escala de temperatura centígrada 1948 escala Celsius oficialmente adotada
Daniel Gabriel Fahrenheit (1686-1736)
inventor do termômetro científico
1724 escala de temperatura Fahrenheit
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1709 termômetro de alcool (já existia)
1714 termômetro de mercúrio
Conversãode Fahrenheit
para Celsius
C = (F − 32) × 5⁄9
1. mistura em equilibrio de gelo + água líquida + sal (cloreto de amônia)
(= 0 oF)
3. temperatura do corpo humano (boca, axila) (=96 oF)
Dimensão dos graus :
1 °C = 9/5°F ~ 2°F
Histórico da escala Fahrenheit
2. água líquida com gelo iminente
(= 32 oF)
temperatura de ebulição da água
(=212 oF)
212 – 32 = 180 unidades !
Termômetro de expansão térmica
bimetálico
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2 lâminas de metal justapostas, numa só peça de forma helicoidal
(uma extremidade fixa, e outra livre ligada a um ponteiro que gira sobre escala circular graduada)
- Ex : termômetro bimetalico com haste horizontal (ponteiro e caixa de aço)
Termômetro bimetálico
com monitor digital
ex: Termohigrógrafo
Termômetros elétricos
1. de resistência (RTD = resistance temperature detector)
2. semi-condutor (termistor)
3. termopar
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Termômetros elétricos
de resistência
ou RTD = resistance temperature detector
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Termômetros elétricosde resistência ou RTD = resistance temperature detector
Resistencia (ordem 100 Ω) aumenta com TRT = Ro (1 + aT + bT2) (aproximada/e linear)
Fio material condutordiâmetro 0,1 a 0,05 mm encapsulado com resina
Materiais : tungstênio, niquel, cobre, platina (mais comum)
fios de cobre nas ligações podem alterar sua medida
Fig: fonte (Brock 2001)
Eixo ddp (V)
Eixo resistencia
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Bainha protetora
Corpo de ceramica
O sensor : fio de platina em espiral
cabos
Termômetros elétricos
Termistor = thermal resistor
material semi-condutor
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Termistor
Resistencia varia com T exponencialmente
NTC = negativo coeficiente (R reduz com T)PTC = positivo coeficiente (R aumenta com T)
RT = exp (a0 + a1/T + a3/T3), T(oC) variação exponencial
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Material semicondutor (sólidos de condutividade elétrica intermediária entre condutor e isolante, uma subclasse das cerâmicas)
Termistor = óxidos de manganês, níquel e cobalto misturados )
Resistência alta (~100 k Ω)menos sensível às ligações de cobre. Fonte : Brock (2001)
Termistores
NTC : cerâmica com encapsulamentos Os tipos miniaturas, de menor capacidade termica e maior prontidão são usados na medidas de temperatura ambiente (onde há maior sensibilidade com a resistencia)
PTC Resistencia aumenta com temperatura após certa temperatura de transição
Pela resistência alta, tem variação grande e previsível quando um equipamento aquece ou resfria, por isso são controladores de modo térmico.operam abaixo de -100 ° e acima +600 ° F.
PTC para surto de corrente : c/ curto-circuito ou corrente elevada, transita para estado de alta resistencia, limitando a corrente no circuito e mantendo-a em nivel normal. -PTC de proteção de motores ou termostato
Termômetros elétricos
Termopar
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metal A sob gradiente de temperatura (T1 > T2) gera ddp e corrente
efeito termoelétrico (difusão dos e- livres superficiais)
para medir a ddp (V) requer outro metal B
T2T1
i
V=?
Thomas Seebeck (1822)
Se T1 ≠ T2 : surge uma ddp diferencial entre A e Bcontínuo fluxo termoeletrico
ddp : função da temperatura (efeito Seebeck) ~ 1 a 70 microV / oC
e é proporcional à diferença poder termoelétrico de A relação B
V
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Junta ou junção fria
chamada de referência (precisa ser medida independentemente)
Junta quente
incógnita
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Fonte: Brock (2001)
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Eixo de saída em mV ~linear
Eixo de erro, em oC
Termopar : poder termoelétrico varia não-linearmente com
material
temperatura das junções
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Tipo deTermopar
Faixa deTemperatura
Limites de Erro
Padrão Especial
T 0 a 370ºC ±1ºC ou
±0,75% ±0,5ºC ou
0,4%
J 0 a 760ºC ±2,2ºC ou
±0,75% ±1,1ºC ou
±0,4%
E 0 a 870ºC ±1,7ºC ou
±0,5% ±1ºC ou
±0,4%
K 0 a 1260ºC ±2,2ºC ou
±0,75% ±1,1ºC ou
±0,4%
S e R 0 a 1480ºC ±1,5ºC ou
±0,25% ±0,6ºC ou
±0,1%
B 870 a 1700ºC ±0,5% ± 0,25%
T -200 a 0ºC ±1ºC ou
±1,5% -
E -200 a 0ºC ±1,7ºC ou
±1% -
K -200 a 0ºC ±2,2ºC ou
±2% -
Notas de aula Disciplina ACA 221 Instrumentos Meteorológicos e Métodos de ObservaçãoLaboratório de Clima e Biosfera
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Termômetros de radiação (infravermelho)chamados de Pirômetros converte radiação infra-vermelha em Temperaturaobjetos em movimento, altas temperaturas
- Requer focalização no objeto (não misturar alvos)- erros com superfícies refletoras (emissividade < 1)