Como é que um termómetro mede a temperatura do ar?

Que calor está a fazer lá fora? Quão frio estará esta noite? Um termómetro - um instrumento utilizado para medir a temperatura do ar - diz-nos facilmente isto, mas como nos diz é uma questão completamente diferente.

Para compreender como funciona um termómetro, temos de ter em mente uma coisa da física: que um líquido aumenta de volume (a quantidade de espaço que ocupa) quando a sua temperatura aquece e diminui de volume quando a sua temperatura arrefece.

Quando um termómetro é exposto à atmosfera, a temperatura do ar circundante permeia-o, acabando por equilibrar a temperatura do termómetro com a sua própria temperatura - um processo cujo nome científico sofisticado é "equilíbrio termodinâmico". Se o termómetro e o seu líquido interior tiverem de aquecer para atingir este equilíbrio, o líquido (que ocupará mais espaço quando aquecido) subirá porque está preso dentro de um tubo estreito e não tem para onde ir senão para cima. Da mesma forma, se o líquido do termómetro tiver de arrefecer para atingir a temperatura do ar, o líquido diminuirá de volume e descerá no tubo. Quando a temperatura do termómetro equilibra a do ar circundante, o líquido deixa de se mover.

A subida e descida física do líquido no interior de um termómetro é apenas uma parte do seu funcionamento. Sim, esta ação indica que está a ocorrer uma mudança de temperatura, mas sem uma escala numérica para a quantificar, não seria possível medir exatamente qual é a mudança de temperatura. Deste modo, as temperaturas ligadas ao vidro do termómetro desempenham um papel fundamental (embora passivo).

Quem o inventou? Fahrenheit ou Galileu?

Quando se trata da questão de saber quem inventou o termómetro, a lista de nomes é interminável. Isso deve-se ao facto de o termómetro se ter desenvolvido a partir de uma compilação de ideias ao longo dos séculos XVI a XVIII, começando no final de 1500 quando Galileu Galilei desenvolveu um dispositivo que utilizava um tubo de vidro cheio de água com bóias de vidro pesadas que flutuavam no alto do tubo ou se afundavam, dependendo do calor ou do frio do ar no exterior (como uma lâmpada de lava). A sua invenção foi o primeiro "termoscópio" do mundo.

No início de 1600, Santorio, cientista veneziano e amigo de Galileu, acrescentou uma escala ao termoscópio de Galileu para que o valor da mudança de temperatura pudesse ser interpretado. Ao fazê-lo, inventou o primeiro termómetro primitivo do mundo. O termómetro só assumiu a forma que usamos hoje quando Ferdinando I de' Medici o redesenhou como um tubo selado com um bolbo e uma haste (e cheio de álcool) em meados do século XVI. Finalmente, na década de 1720, Fahrenheit pegou neste desenho e "melhorou-o" quando começou a usar mercúrio (em vez de álcool ou água) e lhe fixou a sua própria escala de temperatura. Ao utilizar o mercúrio (que tem um ponto de congelação mais baixo e cuja expansão e contração é mais visível do que a da água ou do álcool), o termómetro de Fahrenheit permitiu observar temperaturas abaixo de zero e efetuar medições mais precisas. Assim, o modelo de Fahrenheit foi aceite como o melhor.

Que tipo de termómetro meteorológico se utiliza?

Incluindo o termómetro de vidro de Fahrenheit, existem 4 tipos principais de termómetros utilizados para medir a temperatura do ar:

Líquido em vidro. Também designados por termómetros de bolbo, estes termómetros básicos ainda são utilizados nas estações meteorológicas de Stevenson Screen em todo o país pelos Observadores Meteorológicos Cooperativos do Serviço Meteorológico Nacional quando efectuam as observações diárias da temperatura máxima e mínima. São constituídos por um tubo de vidro (a "haste") com uma câmara redonda (o "bolbo") numa extremidade que aloja o líquido utilizado para medir a temperatura. À medida que a temperatura muda, o volume de líquido expande-se, fazendo-o subir para a haste; ou contrai-se, forçando-o a encolher para fora da haste em direção ao bolbo.

Detesta a fragilidade destes termómetros antiquados? Na verdade, o vidro é feito de propósito para ser muito fino. Quanto mais fino for o vidro, menos material existe para o calor ou o frio atravessar, e mais rapidamente o líquido responde a esse calor ou frio - ou seja, há menos desfasamento.

Bi-metálico ou de mola. O termómetro de mostrador montado na sua casa, celeiro ou no seu quintal é um tipo de termómetro bimetálico. (Os termómetros do forno e do frigorífico e o termóstato do forno também são outros exemplos). Utiliza uma tira de dois metais diferentes (normalmente aço e cobre) que se expandem a ritmos diferentes para medir as temperaturas. As duas taxas de expansão diferentes dos metais forçam a tira a dobrar-se num sentido se for aquecida acima da sua temperatura inicial e no sentido oposto se for arrefecida abaixo dessa temperatura. A temperatura pode ser determinada pelo grau de curvatura da tira/bobina.

Termoelétrico. Os termómetros termoeléctricos são dispositivos digitais que utilizam um sensor eletrónico (denominado "termistor") para gerar uma tensão eléctrica. À medida que a corrente eléctrica se desloca ao longo de um fio, a sua resistência eléctrica altera-se com a mudança de temperatura. Ao medir esta alteração na resistência, a temperatura pode ser calculada.

Ao contrário dos seus primos de vidro e bimetálicos, os termómetros termoeléctricos são robustos, respondem rapidamente e não precisam de ser lidos por olhos humanos, o que os torna perfeitos para utilização automatizada. É por isso que são o termómetro de eleição para as estações meteorológicas automatizadas dos aeroportos. (O Serviço Meteorológico Nacional utiliza os dados destas estações AWOS e ASOS para lhe fornecer as temperaturas locais actuais). As estações meteorológicas pessoais sem fios também utilizam a técnica termoeléctrica.

Infravermelhos. Os termómetros de infravermelhos são capazes de medir a temperatura à distância, detectando a quantidade de energia térmica (no comprimento de onda invisível dos infravermelhos do espetro de luz) que um objeto emite e calculando a temperatura a partir dessa energia. As imagens de satélite de infravermelhos (IR) - que mostram as nuvens mais altas e frias como um branco brilhante e as nuvens baixas e quentes como cinzentas - podem ser consideradas como uma espécie de termómetro de nuvens.