TERMOMETRÍA

TERMOMETRÍA

La termometría se encarga de la medición de la temperatura de cuerpos o sistemas. Para este fin, se utiliza el termómetro, que es un instrumento que se basa en el cambio de alguna propiedad de la materia debido al efecto del calor; así se tiene el termómetro de mercurio y de alcohol, que se basan en la dilatación, los termopares que deben su funcionamiento al cambio de la conductividad eléctrica, los ópticos que detectan la variación de la intensidad del rayo emitido cuando se refleja en un cuerpo caliente.

LA TEMPERATURA es una propiedad física, inherente y medible de cualquier cuerpo, objeto o materia que nos rodea. En el campo de la física la temperatura está directamente relacionada con la cantidad de movimiento de las partículas / átomos que componen el cuerpo

LA TEMPERATURA NO ES LO MISMO QUE EL CALOR

Es importante diferenciar el concepto de calor con el concepto de temperatura.

Muchas personas tienden a confundirlo, piensan que el termómetro mide el calor de los cuerpos pero no es así, ya que la temperatura realmente mide la energía cinética promedio de las moléculas de un cuerpo y esta variación de energía cinética tiene que ver con el flujo de calor en un cuerpo.

Por ejemplo si tenemos un globo, este mantiene una rigidez en sus paredes debido al choque de las moléculas del gas contenido en el, ¿Pero qué pasaría si se introduce este globo a un refrigerador? Este globo disminuirá de Tamaño debido a que el refrigerador retira calor del globo, o en otras palabras el sistema GLOBO pierde calor, lo que hace que las moléculas del gas dentro del globo pierden energía, en forma de calor causando una disminución en la energía cinética de las moléculas y por ende hay una menor fuerza de choque en las paredes, todo esto hace que el globo cambie de tamaño. Al extraer calor del globo este disminuye su temperatura.

El calor es un flujo de energía que fluye de un cuerpo a otro siempre y cuando exista una diferencia de temperatura entre ambos cuerpos, por ello afirmamos que el calor es una causa o consecuencia de la temperatura y no es un efecto, es decir no es que al disminuir la temperatura de un sistema disminuyo el calor, si no lo contrario, al retirar calor, disminuyo la energía de un sistema.

COMO SE MIDE LA TEMPERATURA

Existen diferentes escalas y herramientas para medirla, en la mayoría del mundo se utiliza la escala Celsius o Centígrada ºC.

En los países anglosajones donde utilizan la escala Farenheit ºF, en el campo de la ciencia se utiliza la escala Kelvin ºK.

A lo largo de la historia se han observado muchos intentos par construir una escala termométrica, así como definir un método para medir la temperatura y construir termómetros. Desde Galeno (año 170 a.C.), pasando por Filón de Bizancio, Herón de Alejandría, Galileo (1596), Santorio (1612), Fernando II de Medicci Gran Duque de la Toscana (1641), el interés por medir la temperatura así como la construcción de instrumentos capaces de medirla ha sido patente, pero no es hasta 1641 cuando Fernando de Medicci acuña el término termómetro, del griego (calor) y (para medir), y contribuye a través la Academia del Cimento a establecer puntos fijos a partir de los cuales calibrar los termómetros, desarrollándose más de 35 tipos de termómetros a finales del S XVII. Pero no es hasta el año 1714 cuando Daniel G. Fahrenheit introduce el termómetro de Mercurio y establece la escala Fahrenheit y hasta 1748 cuando Andrés Celsius introduce la Escala Celsius o Centígrada. Alrededor de 1780 se calcula que se habían desarrollado unos 30 tipos de escalas de temperatura.

CONVERSIONES

Los termómetros son las herramientas utilizadas para medir la temperatura, actualmente existe un amplio abanico de termómetros basados en diferentes tecnologías, termómetros de mercurio, de lámina bimetálica, infrarrojos, de presión, digitales, etc...

OTRAS ESCALAS

Por otro lado disponemos de otras escalas cuyos usos son más limitados o se encuentran en desuso, escalas como grados Roemer, grados Deslide,

Propiedades termométricas

Son propiedades que varían con la temperatura por ejemplo:

Presión de un gas

· Volumen de un liquido

· La resistencia eléctrica de un metal

“Una propiedad termométrica debe ser bastante sensible a las variaciones de T para ser usada en una escala de temperatura”

ESCALA CELSIUS

Anders Celsius (1701-1744)

Eligió el Hg como fluido ya q es la sustancia que mas dilata en estado liquido

Tomó como “cero” la T en la que el hielo se fundía y como “100” el punto en que el agua ebullía a 1 atm de presión, Dividió de 0 a 100 en partes iguales

PROBLEMAS CON LA ESCALA CELSIUS

La escala variará según la propiedad termométrica del fluido

No podemos determinar si una propiedad es o no lineal

Aunque se elija una sustancia pueden determinarse diferentes escalas

“la segunda ley permite establecer una escala de temperatura independiente de la sustancia”

ESCALA KELVIN

Kelvin establece una escala de temperatura absoluta que solo depende del estado térmico del sistema.

Se usa gas ideal (a presiones bajas los gases reales se comportan como ideales

Se hicieron varias experiencias con varios gases y se grafico la función PV vs T

Si hacemos una gráfica del producto pV en función de la temperatura obtenemos una línea recta, que intersecará el eje X en el valor T=-273ºC. Si empleamos distintos gases pero con el mismo número n de moles, obtendremos la misma línea. Pero si el número n de moles es distinto obtendremos otra línea distinta que interseca al eje X en el mismo valor de T=-273ºC.

Ahora podemos entender de donde sale el número 273,15 de la ecuación de conversión de temperaturas de grados centígrados a Kelvin.

En 1848 Lord Kelvin publica en la revista Cambridge and Dublín Mathematical Journal un artículo titulado “Acerca de una escala termométrica absoluta en base a la teoría de Carnot sobre la fuerza motriz del calor y calculada a partir de las observaciones de Regnault”. En este artículo comunica que el movimiento molecular cesa a la temperatura de –273,15 ºC, siendo imposible que una sustancia pueda encontrarse a una temperatura inferior, denominándola cero absoluto. La razón de esta imposibilidad es precisamente es que como vimos en la grafica anterior, el producto PV se hace cero en - 273,15 °C, para que esto sea así uno de los dos debe ser cero, la presión o el volumen, lo cual no puede ser, puesto que una molécula siempre va a tener un volumen y va a ejercer una presión. Sin embargo por técnicas poco comunes de refrigeración, los científicos se han aproximado al cero absoluto (en 1989 lograron alcanzar 0.000000002 K)

ESCALA FAHRENHEIT

Fahrenheit establece la escala termométrica a partir de dos puntos fijos, el primero de ellos era el de la temperatura de una mezcla constituida por hielo, sal de amonio agua líquida (denominada en la actualidad mezcla refrigerante) a la que le asigno el cero de la escala

Escogió como segundo punto fijo el de la temperatura de la sangre de un humano sano, ya que en esta época se suponía que se mantenía constante, a la que asignó el valor 96

Por último un tercer punto sería el correspondiente a la temperatura de la mezcla hielo y agua líquida, con un valor de 30.

Estableció la escala y determinó que el agua hervía a una temperatura de 212 grados y adjudicó el punto de congelación del agua en 32 grados estableciendo el intervalo entre el punto de congelamiento y ebullición del agua puede ser representado por el número racional 180

0°C = 32°F

100°C =212 °F por tanto 212-32 =180

°F/°C = 180/100 = 9/5 °F = (9/5)°C + 32

RANKINE

Se denomina Rankine (símbolo R) a la escala de temperatura que se define midiendo en grados Fahrenheit sobre el cero absoluto, por lo que carece de valores negativos. Esta escala fue propuesta por el físico e ingeniero escocés William Rankine en 1859.

El grado Rankine tiene su punto de cero absoluto a −459,67 °F, y los intervalos de grado son idénticos al intervalo de grado Fahrenheit.