Medición de Temperatura: Escalas, Conceptos e Instrumentos
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Conceptos Fundamentales de la Temperatura
La temperatura es el estado térmico en el que un cuerpo tiene el poder de transferir o adquirir calor de otro cuerpo. Es decir, la temperatura es un agente que hace que el calor fluya de un elemento que se encuentra a mayor temperatura a uno de menor temperatura.
Termodinámica y Temperatura
La termodinámica establece que la temperatura de una sustancia es la medida de la velocidad media de las moléculas.
Escalas Termométricas y Puntos de Referencia
La medición de la temperatura se basa en una escala determinada, con ordenamiento numérico arbitrario y en función de los puntos fijos o de referencia elegidos para la escala.
Escala Centígrada (Celsius)
La escala centígrada (Celsius) toma como puntos fijos las temperaturas del hielo fundente a la presión atmosférica normal (definido como 0ºC) y la del agua destilada en ebullición a la presión atmosférica normal (definido como 100ºC).
Estos dos puntos se complementan con otros puntos fijos, establecidos por una convención internacional sobre temperaturas. Sus valores están referidos a la presión atmosférica normal de 1.033 kg/cm2.
Escala Fahrenheit
En la escala de Fahrenheit, los puntos fijos de 0ºC y 100ºC corresponden a los valores de 32ºF y 212ºF.
Relación entre Celsius y Fahrenheit
En la escala centígrada, 1ºC resulta ser la centésima parte de la diferencia de temperatura entre el punto de fusión del hielo y el de ebullición del agua. En la escala Fahrenheit, cada grado centígrado representa una variación de temperatura de 1.8ºF.
Escala Kelvin y Cero Absoluto
Científicamente se utiliza la escala Kelvin. Es una escala ordinaria de temperatura absoluta donde el 0 es igual a 0ºK = -273.16ºC. Esta escala no tiene valores negativos.
Escala Rankine
El cero absoluto expresado en grados Fahrenheit se denomina escala Rankine y su equivalencia es 0ºR = -459.69ºF.
El Cero Absoluto
La temperatura del cero absoluto puede definirse como el estado térmico para el cual las velocidades moleculares de un gas ideal se hacen cero. Esta interpretación destaca el concepto de la teoría cinética de los gases ideales, es decir, que cuando la temperatura de un gas se reduce, las velocidades moleculares tienden a hacerse nulas.
Comportamiento de los Gases y la Temperatura
Al calentar un gas, las moléculas se aceleran y se dispersan, ocupando mayor volumen. Cuando se enfría, las moléculas disminuyen su velocidad, reagrupándose y disminuyendo su volumen.
Durante este proceso, si la presión no varía (actúa la presión atmosférica), lo que varía es la longitud del tubo (en el caso de un termómetro de gas).
Tipos de Termómetros
- Termómetro de mercurio: Es un tubo de vidrio sellado que contiene un líquido, generalmente mercurio o alcohol coloreado, cuyo volumen cambia con la temperatura de manera uniforme. Este cambio de volumen se visualiza en una escala graduada. El termómetro de mercurio fue inventado por Fahrenheit en el año 1714.
- Pirómetro: Son utilizados en fundiciones, fábricas de vidrio, etc. Existen varios tipos según su principio de funcionamiento.
- Pirómetro óptico: Se utilizan para medir temperaturas elevadas, desde 700 °C hasta 3.200 °C, a las cuales se irradia suficiente energía en el espectro visible para permitir la medición óptica.
- Pirómetro de radiación total.
- Pirómetro de infrarrojos: Pueden medir desde temperaturas inferiores a 0 °C hasta valores superiores a 2.000 °C.
- Pirómetro fotoeléctrico.
- Termómetro de lámina bimetálica: Formado por dos láminas de metales con coeficientes de dilatación muy distintos, arrolladas dejando el metal con el coeficiente más alto en el interior.
- Termómetro de gas: Pueden ser a presión constante o a volumen constante. Este tipo de termómetros son muy exactos y generalmente son utilizados para la calibración de otros termómetros.
- Termómetro de resistencia: Consiste en un alambre de algún metal (como el platino) cuya resistencia eléctrica cambia cuando varía la temperatura.
- Termómetros digitales: Son aquellos que, valiéndose de dispositivos transductores como los mencionados, utilizan luego circuitos electrónicos para convertir en números las pequeñas variaciones de tensión obtenidas, mostrando finalmente la temperatura en un visualizador.
- Termómetro de globo: Utilizado para medir la temperatura radiante. Consiste en un termómetro de mercurio que tiene el bulbo dentro de una esfera de metal hueca, pintada de negro de humo.
- Termómetro de máxima y mínima: Son utilizados en meteorología para saber la temperatura más alta y la más baja del día.