A História da Termometria – Dos Primórdios à Precisão

Introdução – História da Termometria

A temperatura é uma das grandezas físicas mais importantes na nossa vida diária. Sem medições de temperatura precisas, muitas situações seriam mais complicadas ou até perigosas. Mas nem sempre foi assim. Durante séculos, as pessoas não tinham forma de medir a temperatura com rigor. Só com o desenvolvimento dos primeiros termómetros, nos séculos XVI e XVII, começou uma nova era na ciência e na técnica. Como evoluíram os termómetros ao longo do tempo? Quais os marcos que levaram a medição de temperatura ao nível de precisão que conhecemos hoje?

Porque é importante medir a temperatura?

A temperatura afeta a nossa rotina diária de formas que muitas vezes nem percebemos. Desde pegar no casaco de manhã até preparar o café ideal, passando pelo controlo do aquecimento no inverno – sem uma medição precisa de temperatura, muita coisa seria pouco prática ou até perigosa.

Na cozinha, por exemplo, a temperatura é fundamental. Ao cozinhar ou assar, ela decide o sabor e a consistência dos alimentos. Um bife só fica perfeito se alcançar a temperatura interna correta e o chocolate derrete à temperatura corporal – razão pela qual se desfaz tão agradavelmente na boca. Também o café sabe melhor se estiver suficientemente quente, mas não ao ponto de queimar a língua.

Não é só na preparação, mas também na conservação dos alimentos que a temperatura é essencial. Um frigorífico deve ser suficientemente frio para manter os alimentos frescos, mas não tanto que congele fruta e vegetais.

Na prevenção de doenças, a medição da temperatura é indispensável. Se temos febre, um termómetro diz-nos de imediato se se trata de uma constipação ligeira ou de algo mais sério.

Um rápido olhar para o termómetro muitas vezes decide a roupa que vestimos ou as atividades que fazemos. Se estiver frio lá fora, vestimo-nos melhor; se estiver calor, optamos por roupa mais fresca. A temperatura também é decisiva para a nossa segurança no trânsito: com temperaturas abaixo de zero, pode formar-se gelo na estrada.

Em suma, a medição de temperatura é um auxiliar invisível que torna a nossa vida mais segura, confortável e saudável. Seja ao pequeno-almoço, no trabalho ou na rua, ela determina muitas decisões sem que nos apercebamos.

Breve perspetiva sobre a história da termometria

A história da medição de temperatura é longa. Na Antiguidade, sábios já tentavam compreender o calor e o frio, mas só nos séculos XVI e XVII surgiram as primeiras escalas mensuráveis. Galileo Galilei desenvolveu por volta de 1593 o primeiro termoscópio, que tornava visíveis as variações de temperatura, mas ainda não fornecia valores exatos. No século XVIII, cientistas como Fahrenheit, Celsius e Réaumur introduziram escalas de temperatura precisas, que viriam a formar a base dos métodos de medição modernos. Com a revolução industrial, surgiram novas tecnologias como o termómetro de mercúrio, os termómetros de resistência elétrica e, mais tarde, sensores digitais.

Atualmente, a Escala Internacional de Temperatura de 1990 (ITS-90) permite medições altamente precisas e uniformes em todo o mundo. Baseia-se em pontos fixos definidos, incluindo o Ponto Triplo da Água (0,01 °C).

Na medição de alta precisão, utilizam-se termómetros de resistência de platina padrão (SPRTs), capazes de medições com precisão na ordem de microkelvin.

A história da termometria mostra como observações simples evoluíram para padrões científicos consolidados.

Primeiras tentativas de medição de temperatura

Antes de surgirem os termómetros, as pessoas avaliavam as diferenças de temperatura de forma simples e muitas vezes subjetiva. Na Antiguidade, ainda não existiam escalas nem métodos de medição exatos, mas diferentes civilizações desenvolveram formas de avaliar calor e frio de modo aproximado.

O método mais simples: sentir com a mão

A forma mais evidente de avaliar a temperatura era pelo tato. As pessoas colocavam as mãos ao sol, na água ou ao vento para sentir o calor ou o frio. Porém, este método está sujeito a muitos erros – a nossa pele adapta-se rapidamente às temperaturas, tornando mais fácil perceber apenas diferenças relativas.

Expansão do ar como um primeiro indicador de temperatura

Já na Antiguidade, alguns sábios observaram que o ar se expande com o calor e se contrai com o frio. Embora não se conheça o nome de quem fez essa descoberta, cientistas primitivos usaram esse princípio para construir dispositivos simples baseados na expansão do ar.

Importância médica: a temperatura do corpo

Na medicina da Antiguidade, a temperatura assumia um papel importante na história da termometria. O médico grego Hipócrates (c. 460–370 a.C.) recomendava avaliar a temperatura de um paciente tocando na testa ou nas mãos. Esta era uma forma inicial de diagnóstico que ainda hoje se usa na medicina, embora atualmente tenhamos termómetros clínicos.

Apesar de rudimentares, estas metodologias da Antiguidade criaram as bases para os desenvolvimentos futuros. A observação da expansão do ar levaria mais tarde ao termoscópio, e a relevância médica da temperatura demonstrou a importância da termometria no quotidiano.

Primeiras reflexões teóricas na Antiguidade (p. ex. pelos filósofos Empédocles ou Aristóteles)

Muito antes de existirem termómetros, filósofos antigos refletiam sobre os conceitos de calor e frio. Sem métodos de medição física, interpretavam a temperatura com base em fenómenos naturais e princípios filosóficos. Dois dos pensadores mais relevantes nessa área foram Empédocles (séc. V a.C.) e Aristóteles (séc. IV a.C.), cuja influência se prolongou por muitos séculos.

Empédocles: A teoria dos quatro elementos e a temperatura como propriedade da matéria

No desenvolvimento da termometria, Empédocles foi um dos primeiros filósofos a tentar explicar a natureza através de elementos fundamentais. Formulou a teoria dos quatro elementos, segundo a qual tudo é composto por fogo, água, ar e terra. O calor estaria associado ao fogo e ao ar, enquanto o frio seria ligado à água e à terra. Segundo esta teoria, a temperatura não seria uma grandeza física independente, mas sim uma propriedade dos elementos.

Esta abordagem prevaleceu durante séculos como base das ciências naturais. Só muito mais tarde se percebeu que a temperatura não depende dos quatro elementos, mas sim do movimento das moléculas – um conceito definido na época moderna pela teoria cinética dos gases.

Aristóteles: O calor como oposto do frio

Aristóteles desenvolveu as ideias de Empédocles e propôs um modelo em que o calor e o frio se opunham. Acreditava que cada material possuía uma certa “calorosidade” ou “frieza” inata, alterável por fatores externos. Para Aristóteles, o calor estava associado à ascensão (por exemplo, ar quente ou chamas), enquanto o frio implicava condensação e arrefecimento.

Aristóteles atribuiu aos quatro elementos caraterísticas específicas:
• Fogo: quente e seco
• Água: fria e húmida
• Terra: fria e seca
• Ar: quente e húmido

Essas atribuições serviram de base ao seu entendimento de calor e frio como propriedades fundamentais da matéria.

Durante séculos, as ideias aristotélicas moldaram a medicina, a alquimia e a filosofia natural. Na medicina humoral de Hipócrates e Galeno, acreditava-se que a saúde dependia de um equilíbrio entre os “humores quentes” e os “humores frios” do corpo.

Da filosofia à ciência de medição

Ainda que as teorias antigas não permitissem medições exatas, lançaram as bases para a compreensão científica da temperatura. A noção de que calor e frio são grandezas mensuráveis culminou na invenção dos primeiros dispositivos de medição de temperatura nos séculos XVI e XVII.

Atualmente, sabemos que a temperatura é consequência do movimento de átomos e moléculas, um conceito bem diferente das ideias antigas. Ainda assim, reconhecemos na história da termometria que já há mais de 2000 anos existiam filósofos a tentar explicar a temperatura de forma sistemática.

A invenção dos primeiros termómetros

O século XVI – Galileo Galilei e o termoscópio (c. 1593)

No final do século XVI, iniciou-se a pesquisa sistemática da medição de temperatura na história da termometria. Uma das primeiras inovações importantes foi o termoscópio, atribuído a Galileo Galilei (c. 1593). A autoria exata é controversa, pois há menções a outros cientistas, como Giambattista della Porta. Sabe-se, no entanto, que Galilei desenvolveu o conceito e o usou para observações físicas.

O termoscópio era um dispositivo simples, capaz de mostrar variações de temperatura. Consistia numa esfera de vidro cheia de ar, ligada a um recipiente com água por um tubo estreito. Ao aquecer-se o ar na esfera, este expandia-se e empurrava a água para baixo no tubo. Se arrefecesse, o ar contraía-se e a água subia. Assim, pela primeira vez na história da termometria, podiam-se observar qualitativamente alterações de temperatura, mas ainda faltava uma escala para obter valores numéricos exatos.

Um grande problema do termoscópio é que reagia não apenas às variações de temperatura, mas também às variações de pressão atmosférica. Essa dependência dificultava medições exatas e conduziu mais tarde ao desenvolvimento de termómetros com líquidos (álcool ou mercúrio), menos sensíveis à pressão ambiente.

Ainda assim, o termoscópio foi um marco importante. Lançou as bases para desenvolvimentos posteriores da termometria e inspirou cientistas como Santorio Santorio, que viria a ser o primeiro a introduzir uma escala numérica para quantificar diferenças de temperatura. Foi, portanto, o primeiro passo para a observação sistemática de variações térmicas.

O século XVII – Os primeiros termómetros com escala, de Santorio Santorio e Ferdinand II de Medici

No século XVII, registaram-se importantes progressos na história da termometria. Enquanto o termoscópio de Galileo Galilei já tornava visíveis as variações de temperatura, faltava uma escala que convertesse essas mudanças em valores objetivos. Dois cientistas cruciais nessa época foram Santorio Santorio e Ferdinand II de Medici.

Santorio Santorio: O primeiro termómetro com escala (c. 1612)

O médico e cientista italiano Santorio Santorio (1561–1636) foi um dos primeiros, na história da termometria, a criar um termómetro com escala. Era conhecido pelo seu trabalho na instrumentação médica e juntou o princípio do termoscópio a uma escala numérica, permitindo comparações objetivas de temperatura.

O seu termómetro consistia num tubo de vidro preenchido com álcool e com uma escala. No entanto, ainda não era totalmente independente da pressão atmosférica, o que influenciava as medições. Apesar disso, foi um avanço decisivo, pois pela primeira vez se podia quantificar e comparar variações de temperatura. Santorio usou o termómetro sobretudo na medicina, para medir temperaturas corporais – um antecessor do termómetro clínico moderno.

Ferdinand II de Medici: O primeiro termómetro selado com líquido (c. 1654)

Outra evolução notável surgiu com Ferdinand II de Medici (1610–1670), Grão-Duque da Toscana e grande entusiasta das ciências naturais. Sob o seu patrocínio, investigadores da Accademia del Cimento desenvolveram um termómetro baseado em álcool ou vinho como fluido de medição.

A particularidade deste termómetro era possuir uma capilar selada, em comparação com os dispositivos anteriores, reduzindo a influência das variações da pressão atmosférica. Foi, por isso, um passo significativo na história da termometria, abrindo caminho a escalas de temperatura mais estáveis.

Os termómetros Medici lançaram as bases para as investigações de Daniel Gabriel Fahrenheit, que no século XVIII viria a inventar o termómetro de mercúrio.

Os trabalhos de Santorio Santorio e Ferdinand II de Medici marcaram o primeiro ponto de viragem na história da medição de temperatura.

O primeiro termómetro com escala desenvolvido por Santorio e o termómetro com líquido selado menos sensível à pressão atmosférica prepararam o terreno para as escalas de temperatura que se seguiriam e para o desenvolvimento de instrumentos mais precisos.

História da termometria: primeiras escalas de temperatura

Com o desenvolvimento dos primeiros termómetros no século XVII, surgiu a necessidade de tornar as medições de temperatura comparáveis. Sem uma escala unificada, as leituras eram puramente relativas e dependiam do instrumento. As primeiras tentativas de criar uma escala de temperatura foram feitas por diferentes cientistas, que adotaram diferentes pontos de referência.

Ole Rømer e a primeira escala de temperatura documentada (1701)

O astrónomo e físico dinamarquês Ole Rømer (1644–1710) foi um dos primeiros a propor uma escala de temperatura sistemática. A sua escala definia o ponto de congelação da água em 7,5° e o ponto de ebulição em 60°, permitindo medições de temperatura reproduzíveis.

Ainda assim, a escala de Rømer apresentava limitações: os pontos fixos eram arbitrários e a divisão não era muito prática. Contudo, foi um passo fundamental para a padronização das medições de temperatura.

A escala de temperatura de Isaac Newton (1701)

Praticamente ao mesmo tempo, Isaac Newton (1643–1727) sugeriu uma escala de temperatura baseada em fenómenos do quotidiano.

Em vez de pontos fixos absolutos como o ponto de congelação ou ebulição da água, Newton orientou-se, pela primeira vez na história da termometria, por fenómenos de temperatura do dia a dia, atribuindo-lhes valores numa escala. Entre cerca de 20 pontos, figuravam referências como “ar frio de inverno” e “brasas incandescentes no lume da cozinha”.

Posteriormente, Newton definiu como valor de referência a temperatura de neve derretida (0°), medindo outras temperaturas a partir da expansão do mercúrio em relação a esse ponto.

A escala de Newton destinava-se essencialmente a fins científicos e foi mais tarde substituída por escalas mais precisas. No entanto, teve o seu lugar na evolução da termometria.

Desenvolvimento de escalas de temperatura unificadas

Bases para escalas mais precisas

As escalas de temperatura iniciais ainda não eram padronizadas de forma universal. Diferentes cientistas usavam pontos de referência distintos e muitas escalas baseavam-se em valores empíricos subjetivos. Escalas como as de Ole Rømer (1701) ou Isaac Newton (1701) estavam em formação. Com o avanço da termometria no século XVIII, tornou-se claro que era necessária uma escala de temperatura unificada.

Apenas no século XVIII, cientistas como Daniel Gabriel Fahrenheit, Anders Celsius e René Antoine Ferchault de Réaumur desenvolveram escalas amplamente aceites, que formariam a base da medição moderna de temperatura.

Daniel Gabriel Fahrenheit (1724) – Termómetro de mercúrio e escala Fahrenheit

Em 1724, o físico alemão Daniel Gabriel Fahrenheit (1686–1736) apresentou uma das primeiras escalas de temperatura padronizadas, utilizada ainda hoje em países como os EUA. Paralelamente à escala, desenvolveu também o primeiro termómetro de mercúrio fiável, possibilitando medições mais precisas do que os termómetros de álcool anteriores.

O termómetro de mercúrio – medições mais precisas

Fahrenheit começou por usar termómetros de álcool, mas percebeu que o álcool congelava em temperaturas baixas e se expandia de forma irregular em temperaturas altas. Por isso, passou a usar mercúrio como fluido de medição.

Vantagens do mercúrio:

• Permanece líquido numa ampla gama de temperaturas (de -39 °C a 357 °C).
• Expande-se quase linearmente, permitindo medições mais rigorosas.
• Evapora com dificuldade, prolongando a vida útil do termómetro.

Com estas características, o termómetro de mercúrio tornou-se o padrão para medições de temperatura na ciência e na tecnologia.

A escala Fahrenheit – três pontos de referência para a medição da temperatura

Fahrenheit definiu três pontos de referência para a sua escala:

• 0 °F: A temperatura mais baixa que obteve com uma mistura de gelo, água e sal amoníaco.
• 32 °F: Ponto de congelação da água.
• 96 °F: Temperatura corporal de uma “pessoa saudável”.
• 212 °F: Ponto de ebulição da água.

Estes pontos de referência permitiram criar uma escala reprodutível, independente de um termómetro específico.

A escala Fahrenheit foi rapidamente adotada em Inglaterra e nas colónias britânicas, mas acabou por ser substituída pela escala Celsius na maioria dos países durante o século XIX e XX. Atualmente, é praticamente apenas nos Estados Unidos que é usada de forma generalizada.

A escala Réaumur (1730)

O cientista francês René Antoine Ferchault de Réaumur (1683–1757) desenvolveu, em 1730, uma escala de temperatura para termómetros de álcool, amplamente usada em França e outras regiões da Europa durante bastante tempo.

Caraterísticas da escala Réaumur

• 0 °Ré: Ponto de congelação da água
• 80 °Ré: Ponto de ebulição da água

Réaumur optou por 80 divisões, partindo do pressuposto de que o álcool se expandia linearmente com a temperatura. Essa suposição revelou-se incorreta, pois os líquidos não se expandem de forma igual em diferentes gamas de temperatura.

A escala Réaumur foi especialmente usada em França, Itália e Rússia, mas perdeu relevância para a escala Celsius com o passar do tempo.

Anders Celsius (1742) – Escala Celsius

O astrónomo e físico sueco Anders Celsius (1701–1744) desenvolveu, em 1742, uma nova escala de temperatura, que se tornaria o padrão internacional. Em contraste com a escala Fahrenheit, Celsius introduziu uma divisão decimal, facilitando a utilização.

A escala Celsius

No texto Observationer om twänne beständiga grader på en thermometer, Celsius propôs uma escala de temperatura com dois pontos fixos, sob pressão normal:

• 0 °C: O ponto de ebulição da água.
• 100 °C: O ponto de congelação da água.

Inicialmente, a escala encontrava-se invertida. Após a morte de Celsius, em 1744, os seus discípulos – especialmente Carl von Linné (1707–1778) – apoiaram a inversão desses valores, o que constituiu um acontecimento notável na história da termometria. Assim, o ponto de fusão da água passou a 0 °C e o ponto de ebulição a 100 °C, resultando numa ordem mais intuitiva, que se difundiu mundialmente.

Vantagens da escala Celsius

Em relação às escalas anteriores, a escala Celsius apresentou duas grandes vantagens:

• Fácil utilização: A divisão em 100 partes, facilitando medições e cálculos.
• Pontos de referência precisos: Baseada em propriedades físicas da água (sob pressão normal), reproduzíveis em qualquer lugar.

A escala Celsius e o seu significado atual

Hoje, a escala Celsius (°C) é uma das mais utilizadas no mundo e constitui o padrão de medição de temperatura na maioria dos países. Só nos EUA e em poucas outras regiões subsiste a escala Fahrenheit.

A escala Celsius serve ainda de base para a escala Kelvin (K), muito usada na ciência. A relação é:

0 °C = 273,15 K (o Kelvin começa no zero absoluto).

A introdução da escala Celsius foi mais um marco na termometria. A sua divisão simples, pontos de referência claros e facilidade de utilização tornaram-na rapidamente um padrão internacional. Embora Anders Celsius não tenha visto a forma atual da escala, a sua contribuição é uma das mais importantes na história da medição de temperatura.

A escala Kelvin (1848)

Em 1848, o físico escocês William Thomson, Lord Kelvin (1824–1907) estabeleceu a primeira escala absoluta de temperatura, um passo crucial na história da termometria. A escala Kelvin (K) baseia-se no zero absoluto, a temperatura mínima possível, onde cessa todo o movimento térmico. A escala Kelvin (1848) foi a primeira escala absoluta apoiada num fundamento científico.

Caraterísticas da escala Kelvin:

• 0 K: Zero absoluto (-273,15 °C).
• 273,15 K: Ponto de congelação da água (0 °C).
• 373,15 K: Ponto de ebulição da água (100 °C).

A escala Kelvin é especialmente adotada na ciência, na física e na termodinâmica, pois dispensa pontos fixos arbitrários e fundamenta-se diretamente na energia das partículas.

Atualmente, a escala Kelvin é a escala oficial do Sistema Internacional de Unidades (SI). A vantagem de não ter valores negativos é que se inicia no zero absoluto.

Avanços nos séculos XIX e XX

Com o progresso da ciência e da técnica modernas, os séculos XIX e XX trouxeram grandes avanços na medição de temperatura. Surgiram novas escalas de temperatura e o foco passou a incidir em métodos de medição mais precisos e novas tecnologias.

Em particular, a introdução da termometria de resistência de platina e dos termopares elevou a medição de temperatura, tanto no campo industrial como científico, representando progressos importantes na história da termometria.

Desenvolvimento de termómetros de resistência (Siemens & Callendar, 1871–1887)

A chegada dos termómetros de resistência elétrica, no final do século XIX, constituiu um avanço notável na medição de temperatura. Enquanto até então dominavam os termómetros de líquido, os termómetros de resistência permitiram medições mais exatas e reproduzíveis. Dois cientistas tiveram um papel central neste desenvolvimento:

• Werner von Siemens (1871): Primeiras experiências com termómetros de resistência de platina.
• Hugh Longbourne Callendar (1887): Aperfeiçoamento dos métodos de medição e introdução de termómetros de resistência de platina (PRTs) para uso científico.

Werner von Siemens (1871): Primeiros conceitos de termometria de resistência

O inventor e engenheiro alemão Werner von Siemens (1816–1892) foi o primeiro a notar, em 1871, que a resistência elétrica de um fio varia consoante a temperatura e pode ser usada como parâmetro de medição. Sugeriu o uso de metais como sensores de temperatura, já que a resistência destes aumenta de forma previsível com a temperatura.

No início, Siemens usou fios de cobre e ferro, mas percebeu que não eram suficientemente estáveis a longo prazo. Prosseguiu, então, com investigações sobre platina como material de resistência.

Callendar (1887): A platina como material ideal para termómetros de resistência

Em 1887, o físico britânico Hugh Longbourne Callendar (1863–1930) aperfeiçoou a termometria de resistência, desenvolvendo o primeiro termómetro de resistência de platina (PRT) de alta precisão.

Porquê a platina?
Tal como Siemens, Callendar reconheceu na platina qualidades ideais para termómetros de resistência, nomeadamente:

• Elevada estabilidade ao longo do tempo.
• Variação de resistência quase linear com a temperatura.
• Alto ponto de fusão (1768 °C), cobrindo grandes faixas de temperatura.

Callendar estabeleceu a relação entre resistência e temperatura e criou uma equação empírica para o cálculo da temperatura:

[
R_T = R₀ (1 + αT)
]

em que:

• (R_T) é a resistência à temperatura T,
• (R₀) é a resistência a 0 °C,
• (α) é o coeficiente de temperatura da platina.

Este foi o primeiro método padronizado de medição elétrica de temperatura e tornou-se a base para os termómetros de resistência de platina (PRTs).

A equação de Callendar-Van Dusen (CvD) expandiu a fórmula empírica original de Hugh Callendar, descrevendo a relação não linear entre resistência e temperatura de termómetros de resistência de platina (PRTs) numa faixa de -200 °C a 850 °C, permitindo medições de alta precisão. Este foi um passo marcante na história da termometria, pois a equação de Callendar-Van Dusen ainda é usada hoje.

Dos termómetros de Callendar à moderna termometria de resistência

Após os trabalhos de Callendar, os termómetros de resistência de platina (PRTs) foram sendo aprimorados e, mais tarde, adotados na Escala Internacional de Temperatura (ITS-90) como termómetros de resistência de platina padrão (SPRTs).

Principais melhoramentos na história da termometria:

• Aplicação de bobinagem protegida, reduzindo tensões mecânicas.
• Aprimoramento da estabilidade a longo prazo com platina de alta pureza.
• Otimização de pontes de medição, captando pequenas variações de resistência com extrema precisão.

Atualmente, os termómetros de resistência de platina são os termómetros elétricos mais precisos disponíveis.

Termopares

Termopares são uma das técnicas de medição de temperatura mais versáteis, empregues na indústria, na ciência e na investigação. Baseiam-se no Efeito Seebeck, descoberto no século XIX.

O Efeito Seebeck – base dos termopares

O físico alemão Thomas Johann Seebeck (1770–1831) descobriu em 1821 que num circuito fechado formado por dois metais diferentes surge uma tensão elétrica se as duas uniões estiverem a temperaturas distintas. Este fenómeno, chamado Efeito Seebeck, é o princípio de funcionamento dos termopares.

Princípio:

• Um termopar consiste em dois metais diferentes (geralmente ligas), ligados nas duas extremidades.
• Uma extremidade (união de medição) é submetida a aquecimento ou arrefecimento, enquanto a outra se mantém a uma temperatura de referência (união fria ou de comparação).
• A diferença de temperatura gera uma tensão elétrica proporcional à temperatura. Essa tensão denomina-se termotensão.

Desenvolvimento e normalização dos termopares

Após a descoberta de Seebeck, a tecnologia evoluiu:

• 1826: Jean Charles Athanase Peltier descobriu o efeito inverso (Efeito Peltier), em que correntes elétricas geram diferenças de temperatura.
• No século XX, os termopares foram padronizados e otimizados para aplicações industriais. Hoje, são normalizados internacionalmente, p. ex. IEC 60584 e IEC 62460.

Tipos comuns de termopares e suas caraterísticas

Tipo	Sinal (+)	Sinal (-)	Faixa de medição em °C
T	Cu	CuNi	-270 … 400
J	Fe	CuNi	-210 … 1200
E	NiCr	CuNi	-270 … 1000
K	NiCr	Ni	-270 … 1372
N	NiCrSi	NiSi	-200 … 1200
R	Pt13Rh	Pt	-50 … 1768
S	Pt10Rh	Pt	-50 … 1768
B	Pt30Rh	Pt6Rh	0 … 1820
C	W5Re	W26Re	0 … 2315
A	W5Re	W20Re	0 … 2500
Ver DIN EN 60584-1:2014-07

Vantagens e desvantagens dos termopares

Vantagens:
✔️ Faixa de medição muito ampla (de -270 °C até 1820 °C).
✔️ Construção robusta, resistente a vibrações e impactos mecânicos.
✔️ Resposta rápida a variações de temperatura.
✔️ Não necessita de alimentação externa (produz a própria energia pelo Efeito Seebeck).

Desvantagens:
❌ Menos precisão face a termómetros de resistência (SPRTs, PRTs).
❌ A termotensão não é linear – requer tabelas de calibração ou correções.
❌ Sujeitos a interferências eletromagnéticas que podem afetar o sinal.

Os termopares são uma solução económica, robusta e flexível para medir temperatura, empregues em muitas aplicações industriais e científicas. Embora não tenham a precisão de termómetros de resistência ou SPRTs, são valorizados pelo baixo custo, amplitude de aplicação e capacidade de suportar temperaturas muito elevadas.

Escalas Internacionais de Temperatura

Para que as medições de temperatura fossem uniformes em todo o mundo, surgiram várias escalas internacionais de temperatura. Enquanto os primeiros métodos se baseavam em escalas individuais, tornou-se necessário, na história da termometria, criar referências universais.

Ainda no século XIX, já se faziam tentativas para vincular as escalas de temperatura a pontos fixos termodinâmicos.

Escala Internacional de Hidrogénio (1887)

A Escala Internacional de Hidrogénio foi introduzida em 1887 e representou uma das primeiras tentativas de definir uma escala de temperatura com base em fundamentos físicos. Apoiada em termómetros a gás que usavam hidrogénio como gás de trabalho.

Na Escala de Hidrogénio, utilizou-se um termómetro de gás a volume constante, medindo-se a temperatura pela variação de pressão do hidrogénio a volume fixo. Isto baseava-se na Lei de Gay-Lussac, segundo a qual a pressão de um gás ideal varia linearmente com a temperatura a volume constante.

Escala Internacional de Temperatura de 1927 (ITS-27)

A Escala Internacional de Temperatura de 1927 (ITS-27) foi a primeira a ser oficialmente definida como padrão mundial para medições exatas de temperatura.

A introdução da ITS-27 pelo Comité Internacional de Pesos e Medidas (CIPM) teve como objetivo criar uma escala unificada para a ciência e a indústria.

A ITS-27 baseava-se em pontos de referência de temperatura, correspondentes às mudanças de fase de substâncias puras.

A ITS-27 representou um grande passo, sendo a primeira escala de temperatura globalmente uniforme e de alta precisão. Tornou-se comum em aplicações científicas e industriais.

Escala Prática Internacional de Temperatura de 1948 (IPTS-48)

A Escala Prática Internacional de Temperatura de 1948 (IPTS-48) substituiu a ITS-27, visando melhorar a medição de temperatura com base em novos conhecimentos científicos.

Razões para a criação da IPTS-48
A ITS-27 apresentava algumas limitações, em especial:

• Incerteza a baixas temperaturas, pois o hidrogénio não se comporta exatamente como um gás ideal.
• Desvios de medição a temperaturas altas, ligados à pirometria de radiação.
• Evolução dos termómetros de resistência, que exigiam escalas mais exatas.

A IPTS-48 introduziu definições mais rigorosas de pontos fixos e métodos de interpolação.

Escala Prática Internacional de Temperatura de 1968 (IPTS-68)

A Escala Prática Internacional de Temperatura de 1968 (IPTS-68) foi uma versão revista da IPTS-48, estabelecida para refinar a precisão da medição de temperatura. Vigorou até ser substituída pela ITS-90 como padrão mundial.

Melhorias em relação à IPTS-48
A IPTS-68 trouxe alterações importantes:

• Novos pontos fixos de temperatura, principalmente em gamas muito baixas e muito altas.
• Métodos de interpolação aperfeiçoados, elevando a precisão das medições.
• Uso ampliado de termómetros de resistência de platina (PRTs), permitindo maior rigor na determinação de temperatura.

Desvantagens e substituição pela ITS-90
Ainda que a IPTS-68 possibilitasse medições mais precisas, apresentava alguns problemas:

• Desvios de medição em certos intervalos de temperatura.
• Falta de alinhamento perfeito com a escala termodinâmica.
• Fatores de calibração distintos, gerando ligeiras discrepâncias em diferentes aplicações.

Devido a tais limitações, a IPTS-68 foi substituída em 1990 pela ITS-90, mais consistente com a termodinâmica e ainda mais precisa.

Termometria moderna de alta precisão

Os métodos de medição de temperatura evoluíram consideravelmente desde os primeiros termoscópios e termómetros de líquido. Enquanto os termómetros iniciais sofriam influência de fatores externos, como a pressão atmosférica ou a evaporação, os termómetros modernos permitem determinar temperaturas com extrema precisão, na ordem dos microkelvin.

Devido a sensores altamente desenvolvidos, hoje é possível medir temperaturas com precisões de milionésimos de grau. Além disso, o surgimento da Escala Internacional de Temperatura (ITS-90) trouxe um referencial unificado para medições de alta precisão.

Termómetros de resistência de platina padrão (SPRTs) são os mais exatos entre os termómetros de resistência, servindo como principal instrumento de interpolação da Escala Internacional de Temperatura de 1990 (ITS-90), possibilitando medições de -200 °C até 961,78 °C com altíssima exatidão.

Escala Internacional de Temperatura (ITS-90)

A Escala Internacional de Temperatura de 1990 (ITS-90) é a referência mundialmente reconhecida para medições de temperatura de alta precisão. Criada pela Comissão Internacional de Pesos e Medidas (CIPM), substituiu escalas anteriores como a IPTS-68 (Escala Prática Internacional de Temperatura de 1968). A ITS-90 constitui a implementação prática da escala termodinâmica, definindo pontos fixos fundamentais para determinar a temperatura com exatidão.

Na ITS-90, estabelece-se que termómetros de resistência de platina padrão (SPRTs) sejam o instrumento de interpolação entre 13,8033 K (ponto triplo do hidrogénio) e 961,78 °C (ponto de solidificação da prata).

A ITS-90 é a escala de temperatura mais exata e padronizada usada em numerosos domínios, representando o padrão internacional de medição precisa de temperatura. Através dos pontos fixos e dos instrumentos de interpolação, assegura medições coerentes e reproduzíveis globalmente.

Pontos de temperatura da ITS-90

Nº	T90 em K	t90 em °C	Substância	Representação
1	3 a 5	-270 a 268,15	He	DD
2	13,8033	-259,3467	H2	TP
3*	cerca de 17	cerca de 256,15	H2	DD
4*	cerca de 20,3	cerca de 252,85	H2	DD
5	24,5561	-248,5939	Ne	TP
6	54,3584	-218,7916	O2	TP
7	83,8058	-189,3442	Ar	TP
8	234,3156	-38,8344	Hg	TP
9	273,15	0,01	H2O	TP
10	302,9146	29,7646	Ga	SP
11	429,7485	156,5985	In	EP
12	505,078	231,928	Sn	EP
13	692,677	419,527	Zn	EP
14	933,473	660,323	Al	EP
15	1234,93	961,78	Ag	EP
16	1337,33	1064,18	Au	EP
17	1357,77	1084,62	Cu	EP
Walter Blanke: Die Internationale Temperaturskala von 1990: ITS-90 DD = Pressão de vapor; TP = Ponto triplo; SP = Ponto de fusão; EP = Ponto de solidificação * = Existe mais de uma temperatura

Medição SPRT de alta precisão – John P. Tavener e o SPRT para o ponto fixo de cobre

Baseado nos trabalhos de John P. Tavener (1942–2020), o desenvolvimento de um novo Termómetro de Resistência de Platina Padrão (SPRT) para o ponto fixo do cobre (1084,62 °C) representa um auge provisório na história da termometria. Até então, os SPRTs ficavam limitados ao ponto fixo da prata (961,78 °C), pois temperaturas mais elevadas causavam problemas de estabilidade do material e contaminação. Tavener resolveu esse problema recorrendo a um suporte de safira sintética para a bobina de platina e a um tubo de alumina com ligeira pressão de oxigénio. Isso impede a entrada de impurezas e cria um ambiente de oxidação estável para a platina. Além disso, o termómetro foi projetado com polarização DC de +9 V, reforçando o isolamento e repelindo ativamente contaminações iónicas via campo elétrico.

Testes durante centenas de horas a temperaturas até 1090 °C demonstraram uma excelente estabilidade a longo prazo, com deriva de apenas 0,1 mK/h. Enquanto tentativas anteriores com tubos de safira falharam devido a tensões térmicas, este novo design alcançou uma reprodutibilidade sem precedentes, sendo ideal para caracterizar células de ponto fixo de cobre com incertezas de medição até então inatingíveis.

O desenvolvimento deste SPRT de alta precisão para o ponto fixo do cobre marca o auge atual da história da termometria – dos dispositivos rudimentares na Antiguidade ao primeiro termoscópio e até aos dias de hoje, com medições de temperatura incrivelmente exatas.

Fontes

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Seebeck, T. J. (1821) – Über die magnetische Polarisation der Metalle und Erze durch Temperatur-Differenz

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Bureau International des Poids et Mesures (BIPM) (1948) – Report on the International Practical Temperature Scale of 1948

Bureau International des Poids et Mesures (BIPM) (1968) – International Practical Temperature Scale of 1968

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Tavener, J. P. (2013) – Further Investigations into the Performance of Copper Point Standard Resistance Thermometers – Tempmeko 2013

Direitos de imagem

“Vier Elemente der Alchemie”, domínio público, disponível no Wikimedia Commons

“Die vier Elemente” no Kaiserdom Königslutter – August von Essenwein (1831-1892); Adolf Quensen (1851-1911), Domínio público, imagem de Rabanus Flavus, Wikimedia Commons, 15 de fevereiro de 2012

Retrato de Galileo Galilei, pintado por Domenico Tintoretto (1602–1607), foto do National Maritime Museum, Greenwich, Londres, disponível no Wikimedia Commons

Foto do termoscópio de Galileo Galilei no Musée des Arts et Métiers, por Chatsam, sob licença CC BY-SA 3.0 – disponível no Wikimedia Commons

Termómetro Medici – Accademia del Cimento. (1667) – Saggi di Naturali Esperienze

Retrato de Sir Isaac Newton, English School, c. 1715–1720 – Wikimedia Commons

Réaumur, R. A. F. (1730). Observations sur la Construction des Thermomètres

Retrato de René-Antoine Ferchault de Réaumur, em ‘Galerie des naturalistes’ de Jules Pizzetta, 1893 – disponível no Wikimedia Commons

Retrato de Anders Celsius, pintado por Olof Arenius – Wikimedia Commons

Celsius, A. (1742) – Observationer om twänne beständiga grader på en thermometer – Kungliga Svenska Vetenskapsakademiens Handlingar.

Retrato de William Thomson – 1.º Barão Kelvin – 1906 – Wikimedia Commons

Retrato de Werner von Siemens fotografado por Giacomo Brogi – Wikimedia Commons

Retrato de Hugh Longbourne Callendar – cerca de 1900 – Fotógrafo desconhecido – domínio público – via Wikimedia Commons

Retrato de Thomas Johann Seebeck – início do século XIX, incluído em “Goethe und seine Welt” de Hans Wahl e Anton Kippenberg (1932) – Wikimedia Commons