3.c Medición de la Temperatura

termometro

Un termómetro clínico como el de la imagen es muy utilizado para medir la temperatura corporal de las personas, este funciona gracias a una pequeña columna de mercurio que se dilata.

Los termómetros son dispositivos para definir y medir la temperatura de un sistema. Todos los termómetros se basan en el cambio de alguna propiedad física con la temperatura, como el cambio de volumen de un líquido, el cambio en la longitud de un sólido, el cambio en la presión de un gas a volumen constante, el cambio en el volumen de un gas a presión constante, el cambio en la resistencia de un conductor o el cambio en el color de objetos a muy alta temperatura.

Los cambios de temperatura se miden a partir de los cambios en las otras propiedades de una sustancia, con un instrumento llamado termómetro, de los cuales existen varios tipos.

El termómetro mecánico se basa en la propiedad de dilatación con el calor o contracción con el frío de alguna sustancia. Por ejemplo, el termómetro de mercurio convencional mide la dilatación de una columna de mercurio en un capilar de vidrio, ya que el cambio de longitud de la columna está relacionado con el cambio de temperatura. El termómetro se puede calibrar colocándolo en contacto térmico con algún sistema natural cuya temperatura permanezca constante, conocida como temperatura de punto fijo.

Una de las temperaturas de punto fijo que se elige normalmente es la de una mezcla de agua y hielo a la presión atmosférica, que se define como cero grado Celsius denotado por 0º C. Otro punto fijo conveniente es la temperatura de una mezcla de agua y vapor de agua en equilibrio a la presión atmosférica, al que se le asigna el valor de 100º C. Una vez que se han fijado los niveles de la columna de mercurio en estos puntos, se divide en 100 partes iguales, donde cada una de estas representa un cambio de temperatura equivalente a un grado Celsius (Anders Celsius, sueco, 1701-1744). Así se define una escala de temperatura llamada escala centígrada o escala Celsius.

Un problema práctico de cualquier termómetro es su rango limitado de temperaturas.

Por ejemplo, como el mercurio se congela a -39º C, para asegurarse de medir temperaturas menores que estas, se usan los termómetros de alcohol, que se congela a –130º C. Los termómetros para medir la mínima diaria en meteorología son de alcohol, se muestran en la figura  inferior, el termómetro superior en esta figura, de mercurio, se usa para medir la máxima diaria.

termometros meteo

Termómetros de máxima y de mínima usados en meteorología.

TERMOMETRO DE GAS Y ESCALA KELVIN.

Se requiere un termómetro universal cuyas lecturas sean independientes de la sustancia que se use. En un termómetro de gas, las lecturas de las temperaturas son casi independientes de la sustancia que se utilice en el termómetro. En este caso, la propiedad física es la variación de la presión del gas con la temperatura.

Al calentarse (enfriarse) el gas, la presión aumenta (disminuye) y la altura de la columna de mercurio aumenta (disminuye). El cambio de temperatura puede determinarse a partir del cambio en la presión. Si se supone que la variación de temperatura T con la presión P es lineal, se puede escribir:

T = aP + b   (1)

donde a y b son constantes, que se pueden determinar a partir de dos puntos fijos, tales como los puntos de hielo y vapor.

Los experimentos demuestran que cuando se miden las temperaturas con diferentes termómetros y con diferentes gases, las lecturas son independientes del tipo de gas que se use, siempre que la presión no sea muy alta. La concordancia mejora al reducirse la presión. Esta concordancia significa que la intersección b de la ecuación 1 es la misma para todos los gases. Esto se muestra en un gráfico de presión – temperatura, para un gas 1, gas 2 y gas 3, cualesquiera. Cuando se extrapola la recta de presión a temperaturas muy bajas (líneas de puntos), se encuentra que la presión es cero cuando la temperatura alcanza el valor -273.15º C. Esta temperatura corresponde a la constante b en la ecuación 12.1. La extrapolación es necesaria, ya que todos los gases se licuan antes de llegar a esa temperatura. Punto triple del agua. Corresponde a la temperatura y presión únicas en las que el hielo, el agua y el vapor de agua pueden coexistir en equilibrio.

Estos valores son aproximadamente T = 0.01º C y P = 610 Pa.

La temperatura en el punto triple del agua en la nueva escala, dada por la ecuación 1, se tomó como 273.16 kelvin, abreviado 273.16 K. Esta elección se hizo para que la vieja escala centígrada de temperatura basada en los puntos del hielo y del vapor coincidiera cercanamente con esta nueva escala basada en el punto triple del agua. Esta nueva escala se llama escala de temperatura termodinámica y la unidad SI de la temperatura termodinámica, el Kelvin K, se define como la fracción 1/273.16 de la temperatura del punto triple del agua (Williams Thompson, inglés, 1824-1907, Primer Barón de Kelvin, Lord Kelvin).

temperaturapresion

Gráfico de presión versus temperatura para diferentes gases.

ESCALAS DE TEMPERATURA CELSIUS Y FAHRENHEIT.

 

La temperatura Celsius, TC, está desplazada respecto a la escala absoluta (o Kelvin) T en 273.15º, ya que por definición el punto triple del agua (273.16 K) vale 0.01º C. La relación entre estas escalas es:

 

TC = T – 273.15

Se observa que el valor de un grado en la escala Kelvin es igual al de la escala Celsius. Por ejemplo, una diferencia o variación de temperatura de 5º C es igual a una diferencia de temperatura de 5 K. Las dos escalas solo se diferencian en la elección del punto cero.

Otra escala usada en países anglosajones es la escala Fahrenheit (Daniel Fahrenheit, alemán, 1686-1736). La temperatura Fahrenheit, TF, se relaciona con la temperatura Celsius por la expresión:

farenheitcelsius

Ahora veamos algunos ejemplos prácticos de dispositivos para la medición de temperaturas en la industria en este video,espero que les guste!

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