Termometria 200px|alt=Termômetros de líquido em vidro e infravermelho Termômetros de líquido em vidro e infravermelho, exemplos de instrumentos de contato e sem contato Grandeza medida Temperatura Unidade do SI Kelvin (K) Áreas Termologia e metrologia Métodos Medição por contato e sem contato
Termometria ou medição de temperatura é o processo de medir a temperatura de um sistema para avaliação imediata ou posterior. Na termologia, o termo também abrange o estudo dos termômetros, das escalas termométricas e dos métodos usados para relacionar propriedades físicas mensuráveis à temperatura. Na metrologia, a termometria abrange a realização de escalas de temperatura, o estabelecimento de referências e a calibração dos instrumentos. Séries de medições padronizadas podem ser usadas para acompanhar variações e tendências de temperatura.
História
As tentativas de padronizar a medição de temperatura antes do século XVII eram rudimentares. No século II, o médico Galeno empregou uma escala rudimentar com quatro graus de calor, quatro de frio e uma temperatura "neutra" entre eles. Uma descrição posterior de seu método relaciona esse ponto neutro a porções iguais de gelo e água em ebulição.
No início do século XVII, termoscópios aperfeiçoados passaram a ser usados por pesquisadores como Galileu Galilei e Santorio Santorio. Esses instrumentos indicavam mudanças relativas de temperatura, mas os modelos abertos também respondiam a mudanças da pressão atmosférica. Em 1654, Fernando II de Médici construiu um termoscópio selado, no qual o líquido ficava isolado do ar externo.
No início do século XVIII, Ole Christensen Rømer desenvolveu uma escala baseada em pontos de referência reproduzíveis. Depois de visitar Rømer em Copenhague, Daniel Gabriel Fahrenheit criou sua própria escala, apresentada em 1724, e passou a empregar mercúrio em seus termômetros. A escala Fahrenheit permanece em uso, ao lado das escalas Celsius e Kelvin.
No século XIX, métodos elétricos passaram a ser usados na termometria. Em 1821, Thomas Johann Seebeck descobriu o fenômeno termoelétrico que deu origem ao termopar. Em 1887, Hugh Longbourne Callendar mostrou que termômetros de resistência de platina, quando construídos e tratados de forma adequada, podiam apresentar estabilidade e reprodutibilidade suficientes para medições de precisão. Esses termômetros foram incorporados à primeira Escala Internacional de Temperatura em 1927.
Tecnologias miniatura|direita|Um termômetro clínico indicando 38,7 °C.
Foram desenvolvidos muitos métodos de medição de temperatura. A maioria não determina a temperatura diretamente, mas infere seu valor a partir de uma propriedade física que varia de maneira conhecida com ela. Essas propriedades termométricas incluem o volume de um líquido, a pressão ou o volume de um gás, as dimensões de um sólido, a resistência elétrica, a tensão produzida por um efeito termoelétrico e a radiância emitida por uma superfície. Para ser útil em determinada faixa de medição, uma propriedade termométrica precisa apresentar comportamento suficientemente conhecido e reproduzível.
Um exemplo tradicional é o termômetro de mercúrio em vidro. Ele possui um tubo de vidro preenchido com mercúrio, cuja expansão com o aumento da temperatura desloca a coluna de líquido ao longo de uma escala calibrada. Outros líquidos também podem ser usados em termômetros desse tipo. O Termômetro a gás, pouco usado em medições rotineiras, tem valor metrológico por sua relação com a temperatura termodinâmica.
Os métodos podem ser divididos de maneira geral em medições de contato, nas quais o elemento sensor troca calor diretamente com o objeto ou meio examinado, e medições sem contato, que inferem a temperatura a partir da radiação emitida pelo objeto. A termometria por resistência, os termopares e os termômetros de líquido em vidro são exemplos de métodos de contato. Pirômetros e termômetros infravermelhos são exemplos de instrumentos sem contato.
Outros dispositivos usados para medir temperatura incluem: termopares termístores detectores de temperatura por resistência (RTD) pirômetros sondas de Langmuir, para medir a temperatura dos elétrons de um plasma termômetros infravermelhos registradores de dados de temperatura
Um termômetro de contato mede, em primeiro lugar, a temperatura do próprio elemento sensor. Para que sua indicação possa ser usada como estimativa da temperatura do objeto ou meio, o sensor precisa atingir equilíbrio térmico suficiente com aquilo que está sendo medido. A condução de calor pela haste, bainha ou fios do instrumento pode provocar erros de imersão, especialmente quando parte do sensor permanece exposta a uma temperatura diferente daquela do meio. A transferência de calor por radiação também pode alterar a leitura. O tempo de resposta do instrumento e a posição do sensor também precisam ser considerados. Em um sistema cuja temperatura não é uniforme, uma medição feita em um único ponto não determina necessariamente a temperatura de outras partes do sistema.
Na termometria por radiação, a medição depende da radiação que chega ao instrumento. A emissividade do objeto, a resposta espectral do detector e a radiação proveniente de outras superfícies podem alterar o resultado e precisam ser consideradas na medição e na calibração.
O conforto térmico de seres humanos e animais, assim como as condições térmicas às quais as plantas estão expostas, depende de outros fatores além da temperatura indicada por um termômetro. A umidade relativa do ar altera a intensidade do resfriamento evaporativo. A medição da temperatura de bulbo úmido incorpora esse efeito da umidade. A Temperatura radiante média também afeta o conforto térmico, assim como a velocidade do ar. O índice de resfriamento combina temperatura do ar e velocidade do vento para estimar o resfriamento da pele exposta em condições frias.
A base teórica da termometria de equilíbrio está na lei zero da termodinâmica. Se os corpos A e B estão em equilíbrio térmico e B e C também estão, então A e C estão em equilíbrio térmico entre si. Um corpo B usado dessa maneira pode atuar como termômetro.
Células de pontos fixos, entre elas as células de ponto triplo, são usadas na realização e na calibração de escalas de temperatura. No ponto triplo de uma substância pura, as fases sólida, líquida e gasosa coexistem em equilíbrio em uma combinação específica de temperatura e pressão. Para um sistema de um único componente nessas condições não há graus de liberdade, conforme a regra das fases de Gibbs.
miniatura|upright=0.75|Comparação entre as escalas Celsius e kelvin. O ponto triplo da água recebe o valor de 273,16 K na ITS-90, mas deixou de definir o kelvin em 2019.
Até 20 de maio de 2019, o kelvin era definido como a fração 1/273,16 da temperatura termodinâmica do ponto triplo da água. Desde então, a unidade é definida fixando-se o valor numérico da constante de Boltzmann, k, em exatamente 1,380 649 × 10−23 J K−1. O ponto triplo da água deixou de definir a unidade, mas continua sendo uma referência prática para a calibração de termômetros.
Escalas metrológicas A temperatura termodinâmica definida pelo Sistema Internacional de Unidades e as escalas práticas usadas para sua realização não são a mesma coisa. A Escala Internacional de Temperaturas de 1990 (ITS-90), em vigor desde 1 de janeiro de 1990, estende-se desde 0,65 K e fornece procedimentos reprodutíveis para aproximar a temperatura termodinâmica. Em sua faixa superior, a escala é realizada por termometria de radiação espectral baseada na lei de Planck.
Abaixo do limite inferior da ITS-90, a Escala Provisória de Baixas Temperaturas de 2000 (PLTS-2000) cobre a faixa de 0,9 mK a 1 K. Ela se sobrepõe à ITS-90 entre 0,65 e 1 K e foi adotada provisoriamente pelo Comitê Internacional de Pesos e Medidas em 2000.
A ITS-90 usa relações de pressão de vapor em temperaturas muito baixas, termometria a gás, termômetros de resistência de platina calibrados em pontos fixos e termometria de radiação nas temperaturas mais altas. O ponto triplo da água recebe o valor de 273,16 K na ITS-90, embora esse valor já não constitua a definição da unidade kelvin.
Em certas condições, a temperatura pode ser determinada a partir da radiação térmica pela lei de Planck para a radiação de corpo negro. A temperatura da radiação cósmica de fundo em micro-ondas foi medida com grande precisão a partir do espectro registrado pelo instrumento FIRAS do COBE. Dados diferenciais do WMAP foram usados posteriormente para uma recalibração independente dos dados do FIRAS, que produziu uma estimativa de 2,7260 ± 0,0013 K. A combinação de medições reunidas por D. J. Fixsen resultou em 2,72548 ± 0,00057 K.
No estudo do plasma de quarks e glúons produzido em colisões de íons pesados, espectros de partículas e razões entre rendimentos de hádrons podem ser ajustados a modelos para extrair parâmetros como as temperaturas de desacoplamento químico e cinético.
Termometria não invasiva Técnicas de imagem podem estimar a temperatura de tecidos internos sem introduzir um elemento sensor no local medido. Entre os métodos estudados estão a ressonância magnética, a ultrassonografia, a tomografia computadorizada, a radiometria de micro-ondas, a imagem fotoacústica e a espectroscopia no infravermelho próximo. Esses métodos podem produzir valores absolutos ou relativos de temperatura, dependendo da modalidade e da técnica empregada. Na medicina, uma de suas aplicações é acompanhar a temperatura dos tecidos durante tratamentos térmicos, permitindo verificar o aquecimento da região de interesse e limitar o aquecimento de tecidos vizinhos.
No estudo de escoamentos reativos, como combustão e plasmas, a fluorescência induzida por laser (LIF), a espectroscopia Raman anti-Stokes coerente (CARS) e a espectroscopia de absorção a laser são usadas para medir temperaturas no interior de chamas, motores, turbinas a gás, tubos de choque e reatores de síntese. Essas técnicas ópticas permitem medições sem introduzir uma sonda diretamente no meio examinado e podem fornecer alta resolução temporal.
Normas dos Estados Unidos (ASME) B40.200-2008 (R2013): Thermometers, Direct Reading and Remote Reading. PTC 19.3-2024: Temperature Measurement.
Temperatura do ar miniatura|upright=0.60|Comparação da U.S. Standard Atmosphere de 1962, mostrando altitude geométrica, densidade do ar, pressão, velocidade do som e temperatura.
A temperatura atmosférica é a temperatura do ar em diferentes níveis da atmosfera terrestre. Ela varia com fatores como a radiação solar incidente, a umidade e a altitude. A sigla inglesa MAAT, de Mean Annual Air Temperature, é usada para a temperatura média anual do ar de uma localização geográfica.
Normas A Sociedade Americana de Engenheiros Mecânicos (ASME) mantém duas normas distintas para medição de temperatura, B40.200 e PTC 19.3. A B40.200 contém orientações para termômetros acionados por lâmina bimetálica, termômetros de sistema preenchido e termômetros de líquido em vidro. A norma também aborda termopoços. A PTC 19.3 trata da medição de temperatura em códigos de ensaio de desempenho, incluindo seleção dos métodos e instrumentos, instalação, correções e fontes de incerteza.
Medição de temperatura por satélite miniatura|direita|upright=0.70|Comparação entre medições da temperatura próxima à superfície feitas em solo, em azul, e registros por satélite da temperatura da troposfera média, em vermelho para UAH e em verde para RSS, de 1979 a 2010. As tendências foram traçadas para o período de 1982 a 2010. miniatura|direita|upright=0.70|Tendências da temperatura atmosférica entre 1979 e 2016 com base em medições por satélite, com a troposfera acima e a estratosfera abaixo.