Física do ensino fundamental · Grades 1–9

15Temperatura e termômetros

Dois invernos atrás, três tigelas de água enganaram as suas duas mãos: a mesma água pareceu quente para uma e fria para a outra. Prometemos naquele dia que um instrumento resolveria discussões assim. Aqui está ele — o termômetro, o pequeno juiz de vidro que transforma quente e frio num número.

15.1 Por que o tato não basta

Exemplo 15.1 (Os juízes injustos)

O tato julga mal em toda estação do ano: o escorregador de metal parece mais frio que o banco de madeira que está na mesma sombra; a água morna parece quente para uma mão fria e fria para uma mão quente; e, depois de brincar na neve, o corredor gelado parece quentinho. Para comparar o quente e o frio com honestidade — entre cômodos, entre dias, entre pessoas — precisamos de um juiz que nunca mude de ideia: um instrumento.

15.2 O termômetro e os seus graus

Definição 15.2 (Temperatura)

A temperatura de uma coisa é o número que diz exatamente o quanto ela está quente ou fria. Número maior, coisa mais quente; número menor, coisa mais fria. A temperatura é medida em graus Celsius, escritos ${}^{\circ}\mathrm{C}$ , com um termômetro.

Proposição 15.3 (Os dois marcos da água)

A escala Celsius é presa às duas grandes mudanças de estado da água:

a $0\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ , a água congela e vira gelo (e o gelo derrete);
a $100\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ , a água ferve e vira vapor.

Entre os dois marcos, a escala é cortada em $100$ graus iguais — uma escadinha de degraus pequenos do gelo ao vapor.

Um termômetro: o líquido vermelho sobe quando é aquecido. Aqui ele está na marca 25 — a temperatura é 25\, C. — Um termômetro: o líquido vermelho sobe quando é aquecido. Aqui ele está na marca $25$ — a temperatura é $25\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ .

Exemplo 15.4 (Como funciona o juiz de vidro)

Dentro do tubo fininho do termômetro há um líquido colorido preso. O calor faz esse líquido inchar só um pouquinho — e, num tubo tão fino, um inchaço pequeno empurra a coluna visivelmente para cima. O frio a encolhe de volta. O líquido não se deixa enganar como uma mão: ele incha igual para o mesmo calor, hoje, amanhã, para todo mundo.

Um termômetro de verdade na parede: a coluna vermelha sobe pela escala, e qualquer pessoa que leia a marca obtém o mesmo número.

15.3 Ler um termômetro

Método 15.5 (Ler um termômetro)

Ponha o termômetro onde você quer medir a temperatura — na água, na sombra ao ar livre, debaixo da língua;
espere — o líquido precisa de tempo para terminar de subir ou descer; olhe até ele parar de se mexer;
ponha o seu olho na mesma altura do topo da coluna;
leia o número na marca que a coluna alcança e escreva-o com a sua unidade: $18\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ .

Ler cedo demais, ou de lado, dá um número errado — o juiz é honesto, mas precisa ser consultado do jeito certo.

Exemplo 15.6 (Temperaturas para guardar)

Alguns números que vale a pena saber de cor: um cômodo agradável fica em torno de $20\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ ; o seu corpo se mantém perto de $37\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ , tanto no verão como no inverno (bem acima disso é febre — o termômetro do médico sabe); a geladeira fica perto de $4\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ ; um dia quente de verão chega a $30\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ ; a água do banho fica agradável perto de $35\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ .

Quatro temperaturas conhecidas: quanto mais alta a coluna, mais quente está a coisa.

15.4 Abaixo de zero

Exemplo 15.7 (Números de inverno)

Numa manhã gelada a coluna desce abaixo da marca $0$ . As marcas continuam descendo por ali, e nós as lemos com a palavra “menos”: uma marca abaixo do zero é menos um grau, cinco marcas abaixo é menos cinco, escrito $-5\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ . Os números negativos são mais frios que o zero, e quanto mais baixos, mais duro o congelamento: uma manhã de $-10$ morde mais frio que uma de $-2$ . O boletim do tempo diz esses números em toda noite de inverno.

Observação 15.8 (Zero não é “nada”)

Nesta escala, $0$ não quer dizer “nenhuma temperatura” — é simplesmente a marca em que a água congela, um marco como uma placa de estrada. O tempo pode estar mais quente que o marco ou mais frio que ele; o termômetro só diz de que lado, e por quantas marcas. (Os números abaixo de zero têm uma aritmética inteira própria — o seu curso de matemática vai cuidar deles direito num ano mais adiante.)

15.5 Exercícios

Exercício 15.1 ★

Por que um termômetro é um juiz mais justo do quente e do frio que a sua mão? Diga um caso, de capítulos anteriores, em que as mãos foram enganadas.

Solução

Solução de Exercício 15.1.

O termômetro dá o mesmo número para o mesmo calor, seja quem for que o leia e seja quando for. As mãos foram enganadas pelas três tigelas (a mesma água morna pareceu quente e fria ao mesmo tempo) e pelo metal, que parecia mais frio que a madeira na mesma sombra.

Exercício 15.2 ★

A que temperatura a água congela? E ferve? Em que unidade estão os dois números?

Solução

Solução de Exercício 15.2.

A água congela a $0\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ e ferve a $100\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ — as duas em graus Celsius.

Exercício 15.3 ★

O que acontece com o líquido do tubo fininho quando o termômetro é aquecido? E quando é resfriado? Por que uma mudança tão pequena aparece tão bem?

Solução

Solução de Exercício 15.3.

Aquecido, o líquido preso incha e a coluna sobe; resfriado, ele encolhe e a coluna desce. O tubo é tão fino que até um inchaço minúsculo empurra a coluna para cima de um jeito bem visível.

Exercício 15.4 ★

Diga os dois erros contra os quais o Método 15.5 avisa na hora de ler um termômetro.

Solução

Solução de Exercício 15.4.

Ler cedo demais (antes de a coluna parar de se mexer) e ler de lado, em vez de com o olho na mesma altura do topo da coluna.

Exercício 15.5 ★

Associe cada coisa à temperatura mais provável — $4\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ , $20\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ , $37\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ , $100\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ : água fervendo; uma sala aconchegante; o interior da geladeira; o seu próprio corpo.

Solução

Solução de Exercício 15.5.

Água fervendo: $100\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ . Sala aconchegante: $20\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ . Geladeira: $4\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ . O seu corpo: $37\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ .

Exercício 15.6 ★

O termômetro do banho marca $35\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ ; a panela no fogão marca $100\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ . Qual está mais quente, e dá para tocar na panela com segurança? Por quantos graus a panela está mais quente que o banho?

Solução

Solução de Exercício 15.6.

A panela está mais quente, por $100 - 35 = 65$ graus — quente demais para tocar: ela está na temperatura de fervura.

Exercício 15.7 ★

Um termômetro de inverno mostra a coluna $3$ marcas abaixo do zero. Como dizemos e escrevemos essa temperatura? Ela é mais fria ou mais quente que $-8\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ ?

Solução

Solução de Exercício 15.7.

Menos três graus Celsius, escrito $-3\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ . É mais quente que $-8\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ : oito marcas abaixo do zero é mais fundo no congelamento do que três.

Exercício 15.8 ★

Ontem o termômetro do quintal marcou $6\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ no café da manhã e $14\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ na hora do almoço. Por quantos graus a manhã esquentou?

Solução

Solução de Exercício 15.8.

$14 - 6 = 8$ : a manhã esquentou $8$ graus.

Exercício 15.9 ★

As poças da calçada viraram gelo durante a noite. O que você pode dizer sobre a temperatura da noite, sem nenhum termômetro? Qual marco você está usando?

Solução

Solução de Exercício 15.9.

A noite ficou abaixo de $0\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ — o marco em que a água congela. Poças congeladas são um termômetro feito de clima.

Exercício 15.10 ★★

Logo depois de brincar na neve, Emma entra correndo no corredor e grita “Está fervendo aqui dentro!”. O termômetro do corredor marca $16\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ . O corredor está quente? Por que Emma sente assim — e em qual juiz a família deve confiar?

Solução

Solução de Exercício 15.10.

Não — $16\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ está do lado fresco do agradável. A pele de Emma compara o corredor com o quintal gelado de onde ela acabou de sair, e por isso o corredor parece quentinho para ela. A família deve confiar no termômetro: ele compara com as marcas fixas da escala dele, e não com o lugar de onde acabou de vir.

Exercício 15.11 ★★

Uma cozinheira quer saber se a sopa em fervura forte fica mais quente quanto mais tempo ferve. Ela mede: depois de um minuto de fervura, $100\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ ; depois de dez minutos, ainda $100\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ . O que o termômetro ensina a ela sobre a água fervendo — e sobre os marcos da água?

Solução

Solução de Exercício 15.11.

A água fervendo fica em $100\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ por mais tempo que ferva — o marco é um teto: aquecer mais produz mais vapor, e não água mais quente. É exatamente por isso que $100\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ pôde ser escolhido como marco confiável.

Termos definidos neste capítulo

Temperatura

Ver todos os 393 termos do glossário