Por que o mercúrio é usado em termômetros?

Em princípio, qualquer substância cujas propriedades mudem visivelmente com a temperatura pode ser usada para medir a temperatura. Poderíamos ter usado um material que muda de cor quando submetido ao calor. Pode-se perceber que a temperatura é alta quando o material irradia tons de azul e que a temperatura é baixa quando irradia tons de vermelho.Da mesma forma, a água em um tubo estreito sobe ou desce quando sua temperatura aumenta ou diminui. Este é o princípio de funcionamento de cada termômetro selado contendo líquido. No entanto, se algo tão abundante e barato como a água funciona tão bem, por que insistimos em desprezá-lo por algo tão extremamente raro e caro quanto o mercúrio?

termômetro marcury

Crédito da foto: Flicker

História

A humanidade aprendeu sobre a temperatura termodinâmica séculos depois que o primeiro termômetro foi inventado. Portanto, inicialmente, os termômetros definem as temperaturas. Os primeiros termómetros, no entanto, não foram térmica ou medidores de calor, mas termo- âmbitos , dispositivos que apenas sinalizados se a temperatura foi elevada ou baixa. Esses dispositivos não foram calibrados para uma escala padrão; eles apenas fariam avaliações brutas ou vagas.

A invenção do primeiro termômetro é creditada a Hero of Alexandria, um engenheiro curioso que é considerado o maior experimentador da antiguidade. Seu dispositivo consistia em um tubo cheio de ar cuja extremidade estava submersa em uma pequena tigela de água. Quando o termoscópio tocou uma superfície quente ou fria, o ar se expandiu ou se contraiu, fazendo com que a interface ar-água flutuasse.

Termômetro Galileo

Crédito da foto: Wikimedia Commons

Até a invenção de Galileu funcionou no mesmo princípio. No entanto, esses desenvolvimentos não foram apenas desprovidos de qualquer escala, mas também foram sensíveis à pressão do ar. O desejo de desenvolver um dispositivo que respondesse apenas ao calor levou Joseph Delmedigo, um aluno da Galileo, a inventar o primeiro termômetro selado de líquido em vidro. Este foi o primeiro termômetro porque foi marcado com uma escala. No entanto, o líquido que ele selou não era água, mas álcool.

Coeficiente de Expansão

Os materiais, quando sob pressão constante, expandem quando submetidos ao calor porque o calor eleva a energia cinética de seus átomos, fazendo com que eles se movam violentamente e, portanto, se separem um do outro. O aumento no volume é evidente em sólidos, como trilhos metálicos, pneus de borracha e fluidos como água, álcool, mercúrio e halogênio. No entanto, a quantidade de expansão por aumento de grau na temperatura é diferente para cada material. Essa constante de material é chamada de coeficiente de expansão.

Excesso de calor, muitas vezes faz com que os pneus inchem no verão.

O álcool é favorecido pela água pela simples razão de que possui um maior coeficiente de expansão. Mesmo uma pequena mudança de temperatura provoca uma mudança drástica no seu volume ao longo do tubo. No entanto, o álcool é tãosensível que essas alterações fazem com que o álcool no tubo se comporte de maneira quase turbulenta. Os níveis oscilam constantemente mesmo com pequenas alterações de temperatura. Esse capricho é desconcertante, pois a leitura mudaria imediatamente quando, digamos, o termômetro fosse removido de uma panela de água fervente cuja temperatura queríamos medir. Então refletiria imediatamente a temperatura de seu novo ambiente.

Para evitar essa falta de confiabilidade, o inventor holandês Danie Fahrenheit substituiu o álcool por mercúrio. O mercúrio tem um maior coeficiente de expansão do que a água, o que significa que as mudanças no seu volume com a temperatura são mais perceptíveis. No entanto, seu valor é quase seis vezes menor que o do álcool. Por perspectiva, o aumento ou a queda no volume de álcool por grau de aumento de temperatura seria seis vezes maior que o volume de mercúrio.

Isso significa que o mercúrio em um tubo selado se elevaria em um ritmo muito mais lento do que o álcool, mas também significa que o mercúrio cairia de forma igualmente lenta quando o termômetro fosse retirado de uma panela cheia de água fervente. A leitura seria efetivamente imperturbada, tornando o termômetro superiormente confiável.

termômetro

Crédito da foto: Flicker

Termômetros antes desta invenção eram únicos; suas leituras não correspondiam a nenhuma escala padronizada. No entanto, Fahrenheit propôs uma escala que foi adotada por todos os fabricantes de mercúrio e, eventualmente, todo tipo de termômetro. Essa transição não era exatamente complicada, já que quase todo termômetro de mercúrio era fabricado pelo próprio Fahrenheit. A escala, que foi ligeiramente alterada em uma data posterior, agora leva seu nome.

Instâncias quando o álcool se sai melhor

A hipersensibilidade ao álcool pode ser compensada por suas virtudes. Ao contrário do mercúrio, o álcool é muito mais barato e não tão ridiculamente raro. Além disso, não é tóxico. Um laboratório pode ter que ser lacrado por horas se um termômetro de mercúrio quebrar, considerando que a inalação de mercúrio pode causar sérios problemas à saúde. Por outro lado, o álcool não representa tal ameaça.

Além do mais, o ponto de congelamento do álcool é surpreendente -115ᵒC em comparação com o mercúrio -40ᵒC. Isso significa que os termômetros de mercúrio não podem medir temperaturas abaixo de -40 ° C, uma temperatura não tão rara em laboratórios científicos ou em uma indústria de fabricação de tecnologia supercondutora.

Centro de pesquisa de Anartica

Um laboratório na Antártica.

No entanto, ao contrário do álcool, o mercúrio não é incolor, uma propriedade que força os fabricantes a adicionar corantes artificiais ao álcool para torná-lo claramente visível. Além disso, embora o álcool possa medir temperaturas surpreendentemente baixas, ele é incapaz de medir temperaturas superiores a 78,37ᵒC, o ponto de ebulição do álcool. Compare esse ponto de ebulição do incrível ponto de ebulição de 356,7ᵒC do mercúrio!

Embora nada possa ser feito sobre a raridade, a expensividade e a toxicidade do mercúrio, ainda é possível superar suas limitações térmicas. Para aumentar ainda mais seu ponto de ebulição, o mercúrio é freqüentemente vedado com um gás inerte, como o nitrogênio. O gás inerte aumenta a pressão no mercúrio líquido, aumentando ainda mais seu ponto de ebulição.

Pode-se também estender seu ponto de congelamento ligando-o ao tálio. Esses novos termômetros de mercúrio-tálio agora podem medir temperaturas tão baixas quanto -62 ° C. Ainda assim, apesar de suas pequenas falhas, os termômetros de mercúrio são considerados um dos termômetros mais precisos disponíveis.

Referências:

  1. The Physics Hypertextbook
  2. Departamento de Psicologia
  3. Wikipedia.org

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