Measure Up with a Homemade Thermometer

Key concepts
Temperature
Measurement
Expansão térmica

Introduction
Você às vezes está ansioso para entender como as coisas funcionam? Ou animado em fazer você mesmo objetos e instrumentos úteis? Você já imaginou que poderia construir seu próprio termômetro líquido? Você será capaz de usá-lo para rastrear como as temperaturas variam com a localização-indoors ou outdoors. Qual será o ponto mais quente da sua casa? E o mais fresco? O seu próprio termómetro caseiro será capaz de lhe dizer!

Fundo
Temperómetros cheios de líquido têm sido usados há séculos para medir a temperatura. Eles consistem em um reservatório cheio de líquido na extremidade de um tubo estreito. Se a temperatura do líquido no reservatório aumenta, ele se expande e sobe para o tubo estreito. Quando o líquido esfria, ele se contrai, permitindo que o líquido no tubo caia para um nível mais baixo. Portanto, níveis altos de líquido no tubo indicam uma temperatura mais alta e níveis baixos indicam uma temperatura mais baixa. Ao calibrar o termômetro, as temperaturas específicas correspondentes aos níveis do líquido no tubo estreito são marcadas na parte externa do tubo. Agora você entende como funciona um termômetro líquido, mas por que ele funciona?

Os cientistas se referem à tendência da matéria a mudar de volume como resultado de uma mudança de temperatura como “expansão e contração térmica”. Os gases expandem-se e contraem-se drasticamente. Os fluidos expandem-se e contraem-se também, mas a sua alteração de volume é mais moderada. Mesmo os sólidos mudam de volume quando são aquecidos ou resfriados. Por exemplo, as pontes são um pouco mais longas em um dia quente. A mudança de volume de sólidos é muito sutil, porém, para trabalhar em um termômetro diário. Agora que você entende mais sobre termômetros líquidos, é hora de começar a fazer um!

Materiais

• Palha de plástico transparente para beber
• Régua
• Marcador permanente de ponta fina
• Botelha de plástico com tampa (Pequenas garrafas como as de medicamentos, corantes alimentares ou extrato de baunilha funcionam bem.)
• Água
• Álcool borbulhante (Trabalhar em sala bem ventilada, e não deixar a garrafa de álcool borbulhante descoberta.)
• Um pouco de gotas ou corante alimentar vermelho, azul ou verde (O corante alimentar líquido funciona melhor.)
• Toalhas de papel
• Modelagem de argila
• Gotas ou seringas de medicamentos
• Tigela pequena
• Água quente
• Cúbicos de gelo
• Store…termómetro comprado (opcional)

Preparação

• Amperímetro e lavar o pequeno, Garrafa plástica.
• A palhinha transparente vai tornar-se o tubo estreito do seu termómetro. Use um marcador permanente para fazer pequenas marcas no canudo, de cima para baixo, a intervalos de meio centímetro. Estas marcas servirão como marcas de nível no seu termómetro.
• A argila modeladora selará o gargalo da garrafa e manterá a palhinha no lugar. Molde a argila até ficar macia e elástica; em seguida, forme uma bola e empurre-a para baixo. Este pedaço de argila redondo e plano deve ser maior que o gargalo da garrafa. Use a palha para fazer um buraco no meio deste pedaço redondo de barro, suficientemente grande para permitir a passagem da palha. Retire qualquer barro que entupa a palha.

Procedimento

• Adicionar álcool de friccionar à garrafa, enchendo-a cerca de metade. (Raspe imediatamente a garrafa de álcool para minimizar a exposição aos vapores e evaporação.)
• Adicionar algumas gotas de corante alimentar ao álcool, fechar a garrafa e agitar para que os líquidos se misturem bem. Por que você acha que é importante colorir o líquido?
• Encha um conta-gotas ou seringa com o álcool colorido para esfregar. Coloque cuidadosamente o conta-gotas ou a seringa do medicamento de lado, de preferência sobre uma toalha de papel, para o caso de algum líquido vazar. No caso do nível do líquido na garrafa cair abaixo de um quarto do caminho para cima, adicione um pouco mais de álcool de fricção à garrafa de modo que o nível seja de um quarto a meio da garrafa.
• Puxe a palha através do buraco na argila de modelagem e coloque a argila no pescoço da garrafa de modo que a palha fique pendurada na garrafa. Ajuste a palha para que a extremidade fique imersa no líquido mas não toque no fundo da garrafa. A maior parte da palha vai ficar pendurada na garrafa. Por que você acha que a palha não deve tocar o fundo da garrafa?
• Utiliza a argila de modelagem para selar a abertura do frasco e para manter a palhinha no lugar. Importante: Certifique-se de que a argila forma um selo apertado ao redor da palha e sobre a boca da garrafa, mas não feche a abertura da palhinha. O ar não deve ser capaz de entrar na garrafa. Você pode pensar em uma razão pela qual isso é tão importante?
• Derrame o conteúdo do seu medicamento gota a gota ou seringa gota a gota na palha. O que acontece? Este fluido sobe a palha e fica lá?
• Porque não pode sair ar do frasco a pressão do ar no interior mantém o nível de fluido constante e uma coluna de líquido pode acumular-se na palha. O fluido que corre pela palha para dentro do reservatório indica uma falha da vedação na parte superior da garrafa. Se isto acontecer, certifique-se de que a argila forma uma vedação hermética no gargalo da garrafa e à volta da palha e tente novamente.
• O nível de líquido na coluna deve atingir cerca de meio caminho para cima da parte visível da palha. Se necessário, use o conta-gotas ou seringa para adicionar mais álcool (sem cor é bom desta vez) ao canudo.
• Observe o nível do líquido no canudo. Este nível indica a temperatura ambiente. Use o marcador permanente para fazer um pequeno símbolo indicando este nível de líquido na palha.
• Para testar o termómetro caseiro, segure as mãos à volta da base da garrafa e observe o que acontece. Seja paciente, pode demorar algum tempo até que o fluido no reservatório se ajuste à sua nova situação. O nível do líquido na palha muda? Muda muito ou apenas um pouco? Por que você acha que isso acontece?
• Quanto é que o nível do fluido vai mudar à medida que aquece consideravelmente o reservatório? Adicione um pouco de água média quente da torneira numa tigela pequena e coloque o reservatório do termómetro na água. Dê ao termómetro um pouco de tempo para trabalhar. Como é que o nível do fluido na palha muda? Mudou mais do que quando você aqueceu a garrafa com as mãos? Preste muita atenção e retire o termómetro do banho-maria se o líquido subir para um nível próximo da borda superior da palha. O que você acha que pode fazer o fluido fluir sobre a borda da palha? O que você poderia mudar no seu termômetro para evitar que isso aconteça?
• O que você espera que aconteça quando o reservatório arrefecer até uma temperatura abaixo da temperatura ambiente?
• Substitua a água média quente na tigela por água fria. Adicione cubos de gelo à água para que a água arrefeça a 0 graus Celsius (32 graus Fahrenheit). Coloque o reservatório do termómetro na água gelada e deixe o termómetro adaptar-se à sua nova situação. O que acontece? É semelhante ou diferente do que você esperava? Esta medida pode ajudá-lo a adicionar uma escala ao seu termômetro?
• Tome o seu termómetro numa visita à sua casa ou quintal. Lembre-se de lhe dar tempo para responder a cada novo ambiente, tendo em mente que pode não haver diferenças notáveis se a temperatura for relativamente semelhante em locais diferentes. Dica: Procure áreas de luz solar directa para leituras mais quentes. Um ponto é o mais quente? E o mais frio?
• Extra: Faça uma balança no seu termómetro (também chamado “calibrar” o termómetro) com a ajuda de um termómetro comprado na loja. Você poderia usar o fato de que nesta faixa de temperatura, o álcool se expande em quantidades iguais para cada grau ganho em temperatura para facilitar a calibração?
• Extra: Você criou este termómetro com uma largura de palha particular. Tente construir um termómetro idêntico, agora com uma palhinha mais estreita ou mais larga. Como você espera que as medidas sejam diferentes? Este novo termómetro vai ser mais ou menos preciso em comparação com o seu primeiro termómetro?
• Extra: Você usou álcool para esfregar este termómetro. Tente fazer um termómetro idêntico, agora usando água como líquido. Ao contrário da água, que congela a 0 graus C e ferve a 100 graus C, esfregar o álcool congela a -89 graus C e ferve a 82,5 graus C. Que fluido escolheria para fazer um termómetro para medir a temperatura no seu congelador? Que tal na cozinha para cozinhar algo no fogão?

Observações e resultados
Você viu o fluido subir à medida que aqueceu o reservatório e cair à medida que o resfriou?

Enquanto a temperatura do líquido no reservatório aumenta, ele se expande, e o único lugar para onde o líquido pode ir é para cima do tubo estreito. Se a temperatura do líquido diminui, ele se contrai, permitindo assim que mais líquido se colete no reservatório. O nível no tubo estreito volta então a cair para um nível inferior. Uma vez construído um termômetro, cada nível no tubo estreito corresponde exatamente a um volume de líquido, e assim, a exatamente uma temperatura.

Um tubo mais estreito (palha) resulta em um termômetro mais preciso, pois a mesma expansão ou contração do líquido causará uma elevação ou queda em uma distância maior. Como desvantagem, a palha estreita pode diminuir a temperatura máxima que o termómetro pode atingir.

Vários líquidos podem encher o reservatório de um termómetro. Quanto o líquido se expande por cada grau ganho de temperatura, bem como o seu ponto de congelamento e ebulição, são factores a considerar ao escolher um fluido para um termómetro líquido.

Limpeza
Para eliminar o álcool de fricção no termómetro, deite o álcool no lava-loiça com água corrente em abundância. Lave bem para que não fique álcool no tubo.

Mais para explorar
Expansão térmica, de Physics4kids.com
Balloon Morphing: How Gases Contracts and Expand, de Science Buddies
Termometer, de PBS Kids

Esta actividade trazida até si em parceria com Science Buddies