Termômetro Capela: o termômetro da questão do ENEM 2017



Hoje vamos falar de termômetros.
Cortesia de Pixabay

Hoje vamos falar de termômetros e especificamente de um termômetro que tem um design bastante conhecido. Trata-se do termômetro capela (ou termômetro de capela) e certamente se você prestou o ENEM 2017 teve mais facilidade para responder a questão sobre a escala do termômetro (comentei essa questão no post anterior), se você já manuseou um desses termômetros em uma aula de ciências.

Esse termômetro é bastante utilizado no meio escolar e por agricultores. Até quem gosta de meteorologia ou possui uma pequena horta ou jardim em casa deve conhecer esse termômetro. Ele é relativamente barato e simples de manusear.

Quem chamou a minha atenção para esse termômetro foi o Vinícius, do blog Monolito Nimbus. Foi ele que notou uma certa “semelhança” entre o termômetro capela e o termômetro mencionado na questão do ENEM. Veja abaixo uma imagem desse termômetro:

Termômetro de Capela Analógico

Bom, vou falar sobre o termômetro capela ao longo do post e finalizar explicando como ele pode ajudar nas aulas de ciências.

Onde vende?

Em muitos lugares. Não vou fazer aqui propaganda para nenhum fabricante ou vendedor, pois nunca precisei comprar desses termômetros. Eu já os vi no meu trabalho, pois alguns professores trouxeram para serem aferidos. Sendo assim, como nunca comprei e não tenho nenhum parceiro publicitário que trabalha com esse tipo de material, não posso indicar uma loja específica para vocês.

Fiz uma pesquisa no Google com a expressão “termômetro de capela” e encontrei muitos vendedores. O preço unitário varia entre R$60,00 e R$100,00 aproximadamente.

Digital x Analógico

Enquanto estava fazendo minhas pesquisas para esse post, descobri que existe inclusive termômetros de capela digitais. E como em qualquer instrumento digital, fica “moleza” fazer a leitura, como vocês podem observar abaixo:

Termômetro de capela digital

No modelo que destaco acima, temos a temperatura máxima do período que está exposto (enquanto não se aperta o clear), a temperatura mínima do período que está exposto (enquanto não se aperta o clear) e a temperatura atual. Ocorre que esse tipo de termômetro não trabalha no aluno a habilidade de se ler escalas em instrumentos científicos e é por isso que esse modelo digital oferece menos ‘vantagem pedagógica’ quando comparado com seu primo analógico. Sendo assim, nesse post vou falar do modelo analógico principalmente.

O funcionamento do termômetro de capela

O termômetro de capela digital funciona com um sensor eletrônico de temperatura que apresenta variações em parâmetros como a resistência elétrica (por exemplo) dependendo da temperatura. Essas variações são conhecidas em laboratório e há uma calibração do instrumento, de modo que a variação da resistência (por exemplo) está associado a um valor de temperatura.

Mas como eu disse anteriormente, nesse post vamos focar no termômetro de capela analógico.

Esquema mostrando cada parte do termômetro de capela. Fonte: Protocolo do termômetro capela – Serviço de Controle de Infecção Hospitalar HU-CAS/UFJF

 

O termômetro capela tem esse nome em português porque lembra uma “capelinha”, aquelas que muitas famílias católicas possuem em casa para abrigar uma ou várias imagens religiosas. Talvez por esses aspecto de lembrar o telhadinho de uma casinha. Em países de língua inglesa, esse termômetro é conhecido como Termômetro de Six, ou Termômetro de Bellani-Six em homenagem ao seu inventor (o inglês James Six, que o inventou no final do século XVIII) e em homenagem ao italiano Angelo Bellani, que o aperfeiçoou anos depois.

Na invenção tradicional de Six, era utilizado mercúrio. Devido a Convenção de Minamata, as nações estão gradualmente eliminando o uso do mercúrio, pois é uma substância muito tóxica. O mercúrio vem sendo substituído por outros materiais, porém o princípio de funcionamento mantém-se o mesmo.

O termômetro capela consiste em um tubo de vidro no formato de U com duas escalas de temperatura separadas em cada braço desse U. Um lado é para registrar a temperatura máxima e o outro lado é para registrar a temperatura mínima. Os braços desse U são selados em suas extremidades e finalizam em bulbos.  O bulbo do topo da coluna da temperatura mínima é completamente cheio de álcool e o outro bulbo também contém álcool, porém possui uma bolha de vácuo (ou bolha de vapor de álcool em baixa pressão).

O lado com o bulbo cheio de álcool (lado da temperatura mínima) mede a temperatura pela expansão e contração do líquido. O outro lado (lado da temperatura máxima) contém álcool e uma bolha, como mencionamos anteriormente e essa bolha permite que o trem de álcool e mercúrio se mova ao longo do tubo em forma de U a medida que a temperatura varia.

E por falar no mercúrio, esse fica acomodado na parte da curva do U (base do termômetro). O mercúrio é um metal que fica no estado líquido ao longo toda faixa de temperaturas encontradas tipicamente em nosso planeta. No entanto, o mercúrio se expande com a temperatura e é isso permite medir a temperatura nos termômetros comuns.

No termômetro de capela, o mercúrio é empurrado ao longo do tubo pela expansão e contração térmica do álcool do bulbo cheio (lado de temperatura mínima). O vácuo do outro bulbo permite um movimento livre do álcool e do mercúrio. É o álcool que de fato mede a temperatura, porém o mercúrio indica a temperatura nas duas escalas. Notem que é completamente diferente de um termômetro de mercúrio comum, no qual a própria expansão e contração do mercúrio indica a temperatura.

No termômetro de capela (ou termômetro de Six), o mercúrio indica a temperatura atual. Tanto do lado esquerdo quanto do lado direito, o mercúrio deve indicar valores exatamente iguais, pois isso atesta que o termômetro está funcionando corretamente. Vejam que as ESCALAS dos dois lados do U são diferentes, mas o valor registrado pelo mercúrio DEVE ser o mesmo! E essa questão das escalas foi a tratada na questão do ENEM 2017, que mencionei no post anterior. Se o mercúrio não indicar valores iguais, o instrumento está com defeito de fabricação ou foi danificado durante o manuseio.

Observe que há duas pequenas hastes (que na imagem abaixo, são azuis) em cada um dos lados. São essas pequenas hastes, localizadas no interior do tubo de vidro, que indicam a temperatura máxima e a temperatura mínima. Vou falar sobre isso a seguir.

No design original do termômetro de capela (ou termômetro de Six), o lado da temperatura mínima é o lado esquerdo e o lado da temperatura máxima é o lado direito.

Essas pequenas hastes podem deslizar no álcool e elas só se movimentam se próprio álcool move-las. Dessa maneira, elas acabam registrando a temperatura máxima e a temperatura mínima (em cada um de seus respectivos lados).

Se a temperatura subir, a haste do lado da temperatura máxima vai subir. Se a temperatura cair, o mercúrio em movimento vai empurrar a haste do lado  da temperatura mínima. Conforme a temperatura vai variando, as hastes ficarão em suas posições, a não ser que a temperatura suba ou caia (lado da temperatura máxima e lado da temperatura mínima, respectivamente).

Dessa maneira, as hastes registram o ponto mais distante alcançado pelo mercúrio em cada braço do tubo e, portanto, a temperatura mais alta e mais baixa desde a última reinicialização. Normalmente, essa reinicialização é feita a cada 24h para dessa maneira medir a variação diurna de temperatura (ou seja, obter o valor de temperatura máxima e de temperatura mínima daquele dia).

O método de reinicialização do termômetro de capela vai depender de sua fabricação. Os modelos que já vi são reinicializados apenas virando o termômetro de “cabeça para baixo”.

O que o aluno vai aprender manuseando o termômetro de capela?

Aqui listo alguns pontos comentando habilidades que o aluno pode desenvolver ao manusear esse instrumento:

  • Entender as variações diurnas da temperatura do ar: para isso acontecer, o termômetro precisa ser verificado todos os dias. Por exemplo, por volta das 8h (início das aulas). Nessa verificação, o aluno vai saber a máxima do dia anterior e a mínima do dia atual (que normalmente ocorre entre o final da madrugada e o comecinho da manhã). O termômetro pode também ser verificado em outros horários do dia, para observar a temperatura daquele instante.
  • Conceitos físicos: observe que conceitos como expansão térmica e capilaridade tem relação com a fabricação desse termômetro. Mostrar esses conceitos com exemplos práticos ajuda a fixar o conhecimento, além de ser exatamente o tipo de coisa que é cobrada em questões do ENEM.
  • A importância das medidas sistemáticas na Ciência: em diversas áreas das ciências naturais, são conduzidos experimentos. E nesses experimentos, tudo precisa ser anotado: os dados, as circunstâncias em que os dados foram obtidos, etc. O fato de instituir que o aluno terá um horário para fazer a leitura do termômetro e anotá-la faz com que ele fixe a importância da organização e da metodologia científica.
  • Saber manusear instrumentos científicos: mesmo que o aluno não siga uma carreira na área de ciências naturais, saber manusear instrumentos e fazer a leitura em escalas é importante para usos cotidianos.
  • Desenvolve o trabalho em grupo: atividades com o termômetro de capela normalmente envolvem trabalhos em grupo, onde as medidas são discutidas e cada um pode contribuir na discussão.

Espero que com esses pontos que listei e com toda a explicação sobre o termômetro de capela eu possa ajudar alunos que estejam fazendo trabalhos escolares. Espero também poder ajudar professores, seja na preparação de suas aulas ou até na elaboração de algum relatório ou documento em que esteja sendo feita uma solicitação para que a escola adquira esses termômetros.

Eu gostaria de agradecer ao Vinícius, pois sem a observação dele, eu não teria tido a ideia para escrever esse post. Obrigada, mais uma vez! O Vinícius sempre divulga o blog e faz excelentes comentários. Ele é Físico, mestre em Meteorologia, professor da área de Meteorologia Aeronáutica, divulgador científico, trabalha com radares meteorológicos, programação, etc. O blog dele fala de tudo isso e de mais um pouco (viagens, psicologia, culinária, arte, etc). Confira aqui.

Bibliografia

Outros links sobre termômetros