Detalhe do termômetro de máxima temperatura e informações diversas sobre instrumentos convencionais

Nesse post, falei brevemente sobre o termômetro de máxima temperatura e seu papel no registro das temperaturas recordes que a gente tem observado nas Regiões Sul, Sudeste e sul da Centro-Oeste,

No post de ontem, falei do Índice de calor.

Como as temperaturas estão muito acima da média, esse assunto ainda vai render vários posts aqui no blog. Quando falei do termômetro de máxima temperatura, achei que faltou uma explicação mais adequada. Foi quando encontrei a foto abaixo:

Detalhe do estrangulamento no capilar, próximo ao bulbo do termômetro de máxima temperatura.

Detalhe do estrangulamento no capilar, próximo ao bulbo do termômetro de máxima temperatura. Fonte: Wikimedia Commons

A observação de temperatura máxima do solo é feita utilizando o termômetro de máxima temperatura. Este termômetro indica a maior temperatura do período em que ficou exposto. O termômetro de máxima temperatura possui um estrangulamento em seu capilar, próximo ao bulbo. A medida que a temperatura sobe, o mercúrio expande e avança pelo capilar. Quando a temperatura cai, esse estrangulamento impede que o mercúrio recue. Dessa forma, esse instrumento indicará a maior temperatura do período que ficou exposto. Para que ele volte ao valor da temperatura ambiente, depois de um tempo exposto, deve ser chacoalhado. Ou seja, seu funcionamento é idêntico ao dos termômetros médicos tradicionais, mas possui uma escala de valores de acordo com aqueles observados na atmosfera terrestre.

Nem todas as estações meteorológicas utilizam esses termômetros convencionais. Na verdade, a maioria das estações meteorológicas da atualidade utilizam sensores eletrônicos. Isso diminui o custo operacional, já que em uma estação meteorológica com instrumentos convencionais (termômetros de mercúrio, registradores mecânicos e outros instrumentos analógicos em geral) é necessário que haja uma observação humana durante a observação dos termômetros e troca e análise dos diagramas. Na Estação Meteorológica do IAG-USP, os observadores trabalham das 7h da manhã até as 00h, todos os dias (incluindo domingos e feriados). Sendo assim são necessários vários profissionais que se revezam e é necessário organizar uma escala de trabalho.

Em uma estação automática, os sensores medem as variáveis (temperatura, umidade, pressão, vento, chuva, radiação…) e essas informações são armazenadas em um computador. Caso a estação fique em um local distante (no meio de uma floresta ou no meio do oceano, por exemplo) os dados podem ser encaminhados por internet (usam um chip de celular) ou armazenados em um cartão de memória especial (que suporta condições adversas, como muita umidade). Esse cartão é então trocado periodicamente e levado para um laboratório onde os dados são descarregados e analisados. O custo operacional (quantidade de pessoas para realizar a tarefa) é bem menor.

A grande ‘mágica’ nos instrumentos convencionais é que  física que os faz realizar a medida é bem ‘visível’. Em um instrumento eletrônico as variações de corrente e/ou tensão em decorrência das alterações de umidade/temperatura/pressão/etc são calibradas com a escala de medida de interesse. Embora possamos explicar o que é a Lei de Ohm e falar que alguns materiais modificam suas propriedades elétricas devido a variações de pressão, umidade, temperatura ou radiação solar, as explicações físicas para o funcionamento dos instrumentos convencionais são mais acessíveis para os alunos:

–  O mercúrio e outras substâncias expandem-se de acordo com as variações de temperatura (e você pode usar o exemplo de um termômetro de febre). Ou falar do Termômetro de Galileu.

– Os higrógrafos utilizam fios de cabelo humano ou de crina de cavalo para medir as variações de umidade. Isso é muito intuitivo. Qualquer pessoa de cabelo comprido pode relacionar com fatos cotidianos.

– Quando colocamos mercúrio dentro de uma coluna de vidro na vertical com a parte aberta mergulhada em um recipiente também com mercúrio,  teremos o barômetro.

– Pequenos pratos de metal colados entre si pela parte de cima, unidos de modo a eliminar qualquer quantidade de ar no interior do arranjo, são sensíveis a variação de pressão atmosférica do ambiente. Essas variações são transmitidas para uma pena registradora e temos assim um barógrafo. É possível construir um barógrafo caseiro para falar um pouco sobre o seu princípio de funcionamento. Veja aqui.

– Dois metais com coeficiente de dilatação diferentes compõe o termógrafo. Com a variação da temperatura, os metais dilatam em proporções diferentes. Esse movimento é então calibrado para uma escala de temperatura.

– O princípio de funcionamento de um pluviômetro é muito simples. Dá para fazer em casa!

– O actinógrafo, instrumento que mede a radiação solar total, é composto por um par de lâminas bimetálicas pintadas na cor preta protegidas por uma cúpula de vidro. Em volta dessas lâminas, há uma área em branco para compensar o aquecimento causado pela absorção das placas pretas. Isso pode inclusive ser discutido com os alunos: num dia de sol intenso, qual a cor de camiseta mais adequada?

– Heliógrafo: um globo de vidro focaliza os raios solares em uma tira de papel (leia mais no post sobre o instrumento). É uma aplicação daquela brincadeira perigosa que é pegar uma lupa para focalizar os raios solares e então queimar papel ou formigas.

Ah sim, se você for suficientemente estúpido (não tenho outra palavra para descrever isso), pode também se queimar com uma lupa:

Actinógrafo (esquerda) e heliógrafo (direita). Fonte: Estação Meteorológica do IAG-USP

Actinógrafo (esquerda) e heliógrafo (direita). Fonte: Estação Meteorológica do IAG-USP

Apesar de não serem operacionalmente práticos, instrumentos convencionais são fáceis de demonstrar e alguns deles podem ser fabricados em casa ou na escola. Um termômetro de máxima temperatura (que normalmente é instalado no mesmo arranjo que um termômetro de mínima temperatura) normalmente possui um preço acessível para uma escola, podendo ser instalado em um abrigo meteorológico simples (uma casinha de cachorro pintada de branco, com ventilação e com portinha, por exemplo). Esse abrigo pode então ser colocado em uma área verde da escola, de preferência em uma área gramada. O abrigo também deve ser instalado em uma plataforma mais ou menos 1,2m acima do chão. Não é um projeto impossível e os resultados são muito interessantes do ponto de vista científico, pois é uma aplicação de medidas científicas no cotidiano dos alunos.

Termômetro de máxima temperatura (acima) e termômetro de mínima temperatura (abaixo). Fonte: Estação Meteorológica do IAG-USP

Termômetro de máxima temperatura (acima) e termômetro de mínima temperatura (abaixo). Fonte: Estação Meteorológica do IAG-USP

Abrigo meteorológico da Estação Meteorológica do IAG-USP. Esse abrigo foi feito sob encomenda: um carpinteiro prendeu as venezianas duplas, que compõe as quatro faces da casinha. Uma dessas faces é aberta, com duas portas (a face que está fotografada).  A base da casinha é como um estrado de cama, ou seja, é vazada. E a casinha é instalada acima do solo (cerca de 1,2m acima do solo). A estrutura toda é pintada de branco.

Abrigo meteorológico da Estação Meteorológica do IAG-USP. Esse abrigo foi feito sob encomenda: um carpinteiro prendeu as venezianas duplas, que compõe as quatro faces da casinha. Uma dessas faces é aberta, com duas portas (a face que está fotografada). A base da casinha é como um estrado de cama, ou seja, é vazada. E a casinha é instalada acima do solo (cerca de 1,2m acima do solo). A estrutura toda é pintada de branco.