TERMOMETRÍA Termómetros de cristal

TERMOMETRÍA
Termómetros de cristal
Este termómetro es quizá el instrumento más utilizado en el laboratorio. A la hora de su elección deberemos
de tener en cuenta diferentes características que incorporan los mismos y que los hacen idóneos o no para el
trabajo que vamos a realizar con ellos. Por supuesto la característica principal a tener en cuenta es el rango de
temperaturas que vamos a medir y la precisión que queremos obtener.
Todos los termómetros, salvo indicación contraria, están ajustados "por inmersión total". Es decir que el punto
de lectura de la columna del líquido termométrico está a la misma altura que el nivel del líquido a medir.
Si una parte de la columna sobresale por encima del nivel del líquido, se tiene que corregir el valor de la
temperatura obtenida de acuerdo con la fórmula siguiente:
t =temperatura leídat' =temperatura media del ambiente que rodea la columna no sumergida. n =longitud de la
columna sobresaliente en ºC tK =temperatura corregida
Clasificación de los termómetros según sus características:
Atendiendo al tipo de escala, los podemos clasificar en:
Opales. Este tipo de termómetro lleva la escala interior. Varilla. En estos termómetros la escala es exterior.
Trabajos específicos
Termómetros agitadores, con el bulbo reforzado para agitar en vasos de precipitado. Termómetros de
Anschütz Termómetros ASTM Termómetros de bolsillo, con funda de metal. Termómetros Beckmann, para
método de ebullición y para método de congelación. Termómetros con esmerilado normalizado. Termómetros
máxima y mínima. Termómetros punto de gota (según Ubbelohde). Termómetros puntos de turbidez y
congelación. Termómetros punto de solidificación.
LIQUIDOS TERMOMÉTRICOS
LIQUIDOS TERMOMETRICOS
Liquidos
Temperatura inferior
Mercurio
−38,5
Mercurio−talio
−58
Galio
0
Pentanio
−200
Etanol
−110
Penntanol
−115
Temperatura superior
800
1150
1200
35
35
135
Humectantes
no
no
no
si
si
si
1
Tolueno
Cresota
Petroleo
−90
−40
−45
100
210
160
si
si
si
Termopares
La medición de la temperatura tiene como base el efecto termoeléctrico que se obtiene al calentar dos hilos de
metales diferentes. Como consecuencia de este calentamiento resulta una diferencia de potencial entre los
extremos de los hilos, a partir de la cual se puede determinar la temperatura. Estas sondas pueden ser de varios
tipos según la pareja de metales de que estén compuestas y que las hacen apropiadas o no en función de las
temperaturas a medir, siendo la más utilizada la sonda tipo K, compuesta de Níquel−Cromo y
Níquel−Aluminio y un rango de −200 °C a 1200 °C
En comparación con las sondas NTC, se puede decir de los termopares que son más rápidos y tienen un rango
de medición más amplio. Por contra son algo menos precisos.
Termistores
Se basan en la variación de la resistencia en los metales en función de la temperatura. Al aumentar la
temperatura disminuye la resistencia. El coeficiente de temperatura es el parámetro que determina la variación
de resistividad en positiva, como en un termistor PTC, o negativa como en un termistor NTC.
Los sensores del termistor NTC son adecuados para una gama de temperatura restringida de −50 ºC a 150 ºC,
pudiendo dañar el material semiconductor si se sobrepasa la temperatura máxima.
Termorresistencias
También miden la temperatura en función de la resistencia que ofrecen los metales al paso de una corriente
eléctrica, la cual varía dependiendo de la temperatura. Los metales más utilizados son el platino, rodio, cobre,
etc.
Termómetros de infrarrojos
Son Termómetros que tienen un sensor que capta la energía térmica emitida por los objetos. Es aconsejado en
la medición de objetos en movimiento, superficies con temperatura muy alta o elevado voltaje. Su uso evita
dañar las superficies medidas y su utilización no influye en el objeto a medir.
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Tiras de temperatura
Las tiras de temperatura son láminas autoadhesivas a prueba de temperatura con elementos sensibles al calor.
Estos elementos sensibles reaccionan a una temperatura definida, cuando la alcanzan, el color cambia de gris
claro o amarillo a negro. Este cambio de color es irreversible incluso después de que el objeto a medir se
enfría.
Son muy adecuadas para la medición de temperatura en lugares de difícil acceso, en controles a largo plazo,
etc.
Adquisidores de datos (Datalogger)
Son registradores autónomos con almacenamiento digital de datos. Programables para la captación de datos
con intervalos desde 1 minuto a las 24 horas. Según modelos pueden almacenar hasta 7000 registros lo que
hace que pueden realizar controles durante años.
La descarga de los datos almacenados se hacen a un ordenador donde los datos podrán leerse o listarse.
Termómetro, instrumento empleado para medir la temperatura. El termómetro más utilizado es el de
mercurio, formado por un capilar de vidrio de diámetro uniforme comunicado por un extremo con una
ampolla llena de mercurio. El conjunto está sellado para mantener un vacío parcial en el capilar. Cuando la
temperatura aumenta el mercurio se dilata y asciende por el capilar. La temperatura puede leerse en una escala
situada junto al capilar. El termómetro de mercurio es muy usado para medir temperaturas ordinarias; también
se emplean otros líquidos como alcohol o éter. (Véase Capilaridad).
La invención del termómetro se atribuye a Galileo, aunque el termómetro sellado no apareció hasta 1650. Los
modernos termómetros de alcohol y mercurio fueron inventados por el físico alemán Gabriel Fahrenheit,
quien también propuso la primera escala de temperaturas ampliamente adoptada, que lleva su nombre. En la
escala Fahrenheit, el punto de congelación del agua corresponde a 32 grados (32 ºF) y su punto de ebullición a
presión normal es de 212 ºF. Desde entonces se han propuesto diferentes escalas de temperatura; en la escala
centígrada, o Celsius, diseñada por el astrónomo sueco Anders Celsius y utilizada en la mayoría de los países,
el punto de congelación es 0 grados (0 ºC) y el punto de ebullición es de 100 ºC.
Tipos de termómetro
Hay varios tipos de dispositivos que se utilizan como termómetros. El requisito fundamental es que empleen
una propiedad fácil de medir (como la longitud de una columna de mercurio) que cambie de forma marcada y
predecible al variar la temperatura. Además, el cambio de esta propiedad termométrica debe ser lo más lineal
posible con respecto a la variación de temperatura. En otras palabras, un cambio de dos grados en la
temperatura debe provocar una variación en la propiedad termométrica dos veces mayor que un cambio de un
grado, un cambio de tres grados una variación tres veces mayor, y así sucesivamente.
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La resistencia eléctrica de un conductor o un semiconductor aumenta cuando se incrementa su temperatura.
En este fenómeno se basa el termómetro de resistencia, en el que se aplica una tensión eléctrica constante al
termistor, o elemento sensor. Para un termistor dado, a cada temperatura corresponde una resistencia eléctrica
diferente. La resistencia puede medirse mediante un galvanómetro (véase Medidores eléctricos), lo que
permite hallar la temperatura.
Para medir temperaturas entre −50 y 150 ºC se utilizan diferentes termistores fabricados con óxidos de níquel,
manganeso o cobalto. Para temperaturas más altas se emplean termistores fabricados con otros metales o
aleaciones; por ejemplo, el platino puede emplearse hasta los 900 ºC aproximadamente. Usando circuitos
electrónicos adecuados, la lectura del galvanómetro puede convertirse directamente en una indicación digital
de la temperatura.
Es posible efectuar mediciones de temperatura muy precisas empleando termopares (véase
Termoelectricidad), en los que se genera una pequeña tensión (del orden de milivoltios) al colocar a
temperaturas distintas las uniones de un bucle formado por dos alambres de distintos metales. Para
incrementar la tensión pueden conectarse en serie varios termopares para formar una termopila. Como la
tensión depende de la diferencia de temperaturas en ambas uniones, una de ellas debe mantenerse a una
temperatura conocida; en caso contrario hay que introducir en el dispositivo un circuito electrónico de
compensación para hallar la temperatura del sensor.
Los termistores y termopares tienen a menudo elementos sensores de sólo uno o dos centímetros de longitud,
lo que les permite responder con rapidez a los cambios de la temperatura y los hace ideales para muchas
aplicaciones en biología e ingeniería.
El pirómetro óptico se emplea para medir temperaturas de objetos sólidos que superan los 700 ºC, cuando la
mayoría de los restantes termómetros se fundiría. A esas temperaturas los objetos sólidos irradian suficiente
energía en la zona visible para permitir la medición óptica a partir del llamado fenómeno del color de
incandescencia. El color con el que brilla un objeto caliente varía con la temperatura desde el rojo oscuro al
amarillo y llega casi al blanco a unos 1.300 ºC. El pirómetro contiene un filamento similar a un foco o
bombilla. El filamento está controlado por un reóstato calibrado de forma que los colores con los que brilla
corresponden a temperaturas determinadas. La temperatura de un objeto incandescente puede medirse
observando el objeto a través del pirómetro y ajustando el reóstato hasta que el filamento presente el mismo
color que la imagen del objeto y se confunda con ésta. En ese momento, la temperatura del filamento (que
puede leerse en el reóstato calibrado) es igual a la del objeto.
Otro sistema para medir temperaturas, empleado sobre todo en termostatos, se basa en la expansión térmica
diferencial de dos tiras o discos fabricados con metales distintos y unidos por los extremos o soldados entre sí.
Termómetros especiales
Los termómetros también pueden diseñarse para registrar las temperaturas máximas o mínimas alcanzadas.
Por ejemplo, un termómetro clínico de mercurio es un instrumento de medida de máxima, en el que un
dispositivo entre la ampolla y el capilar de vidrio permite que el mercurio se expanda al subir la temperatura
pero impide que refluya a no ser que se agite con fuerza. Las temperaturas máximas alcanzadas durante el
funcionamiento de herramientas y máquinas también pueden estimarse mediante pinturas especiales que
cambian de color cuando se alcanza una temperatura determinada.
Precisión de las medidas
La medida precisa de la temperatura depende del establecimiento de un equilibrio térmico entre el dispositivo
termométrico y el entorno; en el equilibrio, no se intercambia calor entre el termómetro y el material
adyacente o próximo. Por eso, para que la medida de un termómetro clínico sea precisa debe colocarse éste
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durante un periodo de tiempo suficiente (más de un minuto) para que alcance un equilibrio casi completo con
el cuerpo humano. Estas condiciones son casi imposibles de lograr con un termómetro oral, que suele indicar
una temperatura corporal menor que la proporcionada por un termómetro rectal. Los tiempos de inserción se
reducen de forma significativa con termómetros pequeños de reacción rápida, como los que emplean
termistores.
Un termómetro sólo indica su propia temperatura, que puede no ser igual a la del objeto cuya temperatura
queremos medir. Por ejemplo, si medimos la temperatura en el exterior de un edificio con dos termómetros
situados a pocos centímetros, uno de ellos a la sombra y otro al sol, las lecturas de ambos instrumentos pueden
ser muy distintas, aunque la temperatura del aire es la misma. El termómetro situado a la sombra puede ceder
calor por radiación a las paredes frías del edificio. Por eso, su lectura estará algo por debajo de la temperatura
real del aire. Por otra parte, el termómetro situado al sol absorbe el calor radiante del sol, por lo que la
temperatura indicada puede estar bastante por encima de la temperatura real del aire. Para evitar esos errores,
una medida precisa de la temperatura exige proteger el termómetro de fuentes frías o calientes a las que el
instrumento pueda transferir calor (o que puedan transferir calor al termómetro) mediante radiación,
conducción o convección.
Temperatura, propiedad de los sistemas que determina si están en equilibrio térmico (véase Termodinámica).
El concepto de temperatura se deriva de la idea de medir el calor o frialdad relativos y de la observación de
que el suministro de calor a un cuerpo conlleva un aumento de su temperatura mientras no se produzca la
fusión o ebullición. En el caso de dos cuerpos con temperaturas diferentes, el calor fluye del más caliente al
más frío hasta que sus temperaturas sean idénticas y se alcance el equilibrio térmico (véase Transferencia de
calor). Por tanto, los términos de temperatura y calor, aunque relacionados entre sí, se refieren a conceptos
diferentes: la temperatura es una propiedad de un cuerpo y el calor es un flujo de energía entre dos cuerpos a
diferentes temperaturas.
Los cambios de temperatura tienen que medirse a partir de otros cambios en las propiedades de una 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.
Si se suministra calor a un gas ideal contenido en un recipiente de volumen constante, la presión aumenta, y el
cambio de temperatura puede determinarse a partir del cambio en la presión según la ley de Gay−Lussac,
siempre que la temperatura se exprese en la escala absoluta.
Escalas de temperatura
Una de las primeras escalas de temperatura, todavía empleada en los países anglosajones, fue diseñada por el
físico alemán Gabriel Daniel Fahrenheit. Según esta escala, a la presión atmosférica normal, el punto de
solidificación del agua (y de fusión del hielo) es de 32 °F, y su punto de ebullición es de 212 °F. La escala
centígrada o Celsius, ideada por el astrónomo sueco Anders Celsius y utilizada en casi todo el mundo, asigna
un valor de 0 °C al punto de congelación del agua y de 100 °C a su punto de fusión. En ciencia, la escala más
empleada es la escala absoluta o Kelvin, inventada por el matemático y físico británico William Thomson ,
lord Kelvin. En esta escala, el cero absoluto, que está situado en −273,15 °C, corresponde a 0 K, y una
diferencia de un kelvin equivale a una diferencia de un grado en la escala centígrada.
Efectos de la temperatura
La temperatura desempeña un papel importante para determinar las condiciones de supervivencia de los seres
vivos. Así, las aves y los mamíferos necesitan un rango muy limitado de temperatura corporal para poder
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sobrevivir, y tienen que estar protegidos de temperaturas extremas. Las especies acuáticas sólo pueden existir
dentro de un estrecho rango de temperaturas del agua, diferente según las especies. Por ejemplo, un aumento
de sólo unos grados en la temperatura de un río como resultado del calor desprendido por una central eléctrica
puede provocar la contaminación del agua y matar a la mayoría de los peces originarios.
Los cambios de temperatura también afectan de forma importante a las propiedades de todos los materiales. A
temperaturas árticas, por ejemplo, el acero se vuelve quebradizo y se rompe fácilmente, y los líquidos se
solidifican o se hacen muy viscosos, ofreciendo una elevada resistencia por rozamiento al flujo. A
temperaturas próximas al cero absoluto, muchos materiales presentan características sorprendentemente
diferentes (véase Criogenia). A temperaturas elevadas, los materiales sólidos se licúan o se convierten en
gases; los compuestos químicos se separan en sus componentes.
La temperatura de la atmósfera se ve muy influida tanto por las zonas de tierra como de mar. En enero, por
ejemplo, las grandes masas de tierra del hemisferio norte están mucho más frías que los océanos de la misma
latitud, y en julio la situación es la contraria. A bajas alturas, la temperatura del aire está determinada en gran
medida por la temperatura de la superficie terrestre. Los cambios periódicos de temperatura se deben
básicamente al calentamiento por la radiación del Sol de las zonas terrestres del planeta, que a su vez calientan
el aire situado por encima. Como resultado de este fenómeno, la temperatura disminuye con la altura, desde
un nivel de referencia de 15 °C en el nivel del mar (en latitudes templadas) hasta unos −55 °C a 11.000 m
aproximadamente. Por encima de esta altura, la temperatura permanece casi constante hasta unos 34.000 m.
(En cuanto al índice de temperatura−humedad,
Fahrenheit, Daniel Gabriel ( 1686−1736), físico alemán, que nació en Danzig (actualmente Gdaðsk,
Polonia). Se instaló en los Países Bajos y se dedicó a la fabricación de instrumentos meteorológicos. En 1714
construyó el primer termómetro con mercurio en vez de alcohol. Con el uso de este termómetro, concibió la
escala de temperatura conocida por su nombre. Fahrenheit también inventó un higrómetro de diseño
perfeccionado. Descubrió que además del agua, hay otros líquidos que tienen un punto de ebullición
determinado y que estos puntos de ebullición varían con los cambios de presión atmosférica
Celsius, Anders (1701−1744), astrónomo sueco, fue el primero que propuso el termómetro centígrado, que
tiene una escala de 100 grados que separan el punto de ebullición y el de congelación del agua. Desde 1730
hasta 1744 fue catedrático de astronomía en la Universidad de Uppsala, construyó el observatorio de esta
ciudad en 1740, y fue nombrado su director. En 1733 publicó su colección de 316 observaciones sobre la
aurora boreal y en 1737 formó parte de la expedición francesa organizada para medir un grado de latitud en
las regiones polares.
Kelvin, Lord o Thomson, William (1824−1907), matemático y físico británico, uno de los principales físicos
y más importantes profesores de su época.
Nació en Belfast el 26 de junio de 1824 y estudió en las universidades de Glasgow y Cambridge. Desde 1846
hasta 1899 fue profesor de la Universidad de Glasgow.
En el campo de la termodinámica, Kelvin desarrolló el trabajo realizado por James Prescott Joule sobre la
interrelación del calor y la energía mecánica, y en 1852 ambos colaboraron para investigar el fenómeno al que
se conoció como efecto Joule−Thomson (véase Criogenia). En 1848 Kelvin estableció la escala absoluta de
temperatura que sigue llevando su nombre. Su trabajo en el campo de la electricidad tuvo aplicación en la
telegrafía. Estudió la teoría matemática de la electrostática, llevó a cabo mejoras en la fabricación de cables e
inventó el galvanómetro de imán móvil y el sifón registrador. Ejerció como asesor científico en el tendido de
cables telegráficos del Atlántico en 1857, 1858, 1865 y 1866. Kelvin también contribuyó a la teoría de la
elasticidad e investigó los circuitos oscilantes, las propiedades electrodinámicas de los metales y el
tratamiento matemático del magnetismo. Junto con el fisiólogo y físico alemán Hermann Ludwig von
Helmholtz, hizo una estimación de la edad del Sol y calculó la energía irradiada desde su superficie. Entre los
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aparatos que inventó o mejoró se encuentran un dispositivo para predecir mareas, un analizador armónico y un
aparato para grabar sonidos en aguas más o menos profundas. También mejoró aspectos de la brújula marina o
compás náutico.
Muchas de sus obras científicas se recopilaron en su Ponencias sobre electricidad y magnetismo (1872),
Ponencias matemáticas y físicas (1882, 1883, 1890) y Cursos y conferencias (1889−1894). Kelvin fue
presidente de la Sociedad Real de Londres en 1890, y en 1902 recibió la Orden del Mérito. Murió el 17 de
diciembre de 1907.
Calor y temperatura
La gráfica representa el cambio de temperatura que se produce al suministrar calor al agua (a 1 atmósfera de
presión). A 0 °C y 100 °C se le puede suministrar calor sin cambiar su temperatura. Este `calor latente' rompe
los enlaces que mantienen unidas las moléculas, pero no aumenta su energía cinética. Para vaporizar un gramo
de agua hace falta aproximadamente siete veces más calor que para fundirlo. Esa diferencia se refleja en las
distintas longitudes de las partes horizontales de la gráfica. Las pendientes de las líneas inclinadas representan
el número de grados de aumento de temperatura por cada julio de calor suministrado a un gramo de agua. El
'calor específico' del agua es de 4.185,5 julios por kilogramo y grado, es decir, hacen falta 4.185,5 julios de
energía para aumentar en un grado la temperatura de un kilogramo de agua.
Calor, en física, transferencia de energía de una parte a otra de un cuerpo, o entre diferentes cuerpos, en
virtud de una diferencia de temperatura. El calor es energía en tránsito; siempre fluye de una zona de mayor
temperatura a una zona de menor temperatura, con lo que eleva la temperatura de la segunda y reduce la de la
primera, siempre que el volumen de los cuerpos se mantenga constante. La energía no fluye desde un objeto
de temperatura baja a un objeto de temperatura alta si no se realiza trabajo.
Hasta principios del siglo XIX, el efecto del calor sobre la temperatura de un cuerpo se explicaba postulando
la existencia de una sustancia o forma de materia invisible, denominada calórico. Según la teoría del calórico,
un cuerpo de temperatura alta contiene más calórico que otro de temperatura baja; el primero cede parte del
calórico al segundo al ponerse en contacto ambos cuerpos, con lo que aumenta la temperatura de dicho cuerpo
y disminuye la suya propia. Aunque la teoría del calórico explicaba algunos fenómenos de la transferencia de
calor, las pruebas experimentales presentadas por el físico británico Benjamin Thompson en 1798 y por el
químico británico Humphry Davy en 1799 sugerían que el calor, igual que el trabajo, corresponde a energía en
tránsito (proceso de intercambio de energía). Entre 1840 y 1849, el físico británico James Prescott Joule, en
una serie de experimentos muy precisos, demostró de forma concluyente que el calor es una transferencia de
energía y que puede causar los mismos cambios en un cuerpo que el trabajo.
Flujo de calor entre dos gases
Dos gases idénticos a temperaturas diferentes están separados por una barrera aislante. El gas más caliente
contiene moléculas con mayor energía cinética media que las moléculas del gas más frío. Cuando se juntan los
gases, la mezcla alcanza una temperatura de equilibrio situada entre las dos temperaturas iniciales. El calor
fluye del gas más caliente al más frío hasta que la energía cinética media de sus respectivas moléculas se
iguala.
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Temperatura
La sensación de calor o frío al tocar una sustancia depende de su temperatura, de la capacidad de la sustancia
para conducir el calor y de otros factores. Aunque, si se procede con cuidado, es posible comparar las
temperaturas relativas de dos sustancias mediante el tacto, es imposible evaluar la magnitud absoluta de las
temperaturas a partir de reacciones subjetivas. Cuando se aporta calor a una sustancia, no sólo se eleva su
temperatura, con lo que proporciona una mayor sensación de calor, sino que se producen alteraciones en
varias propiedades físicas que pueden medirse con precisión. Al variar la temperatura, las sustancias se dilatan
o se contraen, su resistencia eléctrica cambia, y en el caso de un gas su presión varía. La variación de alguna
de estas propiedades suele servir como base para una escala numérica precisa de temperaturas (ver más
adelante).
La temperatura depende de la energía cinética media (o promedio) de las moléculas de una sustancia; según la
teoría cinética la energía puede corresponder a movimientos rotacionales, vibracionales y traslacionales de las
partículas de una sustancia. La temperatura, sin embargo, sólo depende del movimiento de traslación de las
moléculas. En teoría, las moléculas de una sustancia no presentarían actividad traslacional alguna a la
temperatura denominada cero absoluto. Véase Molécula.
Escalas de temperatura
En la actualidad se emplean diferentes escalas de temperatura; entre ellas están la escala Celsius también
conocida como escala centígrada, la escala Fahrenheit, la escala Kelvin, la escala Rankine o la escala
termodinámica internacional (véase Termómetro). En la escala Celsius, el punto de congelación del agua
equivale a 0 °C, y su punto de ebullición a 100 °C. Esta escala se utiliza en todo el mundo, en particular en el
trabajo científico. La escala Fahrenheit se emplea en los países anglosajones para medidas no científicas y en
ella el punto de congelación del agua se define como 32 °F y su punto de ebullición como 212 °F. En la escala
Kelvin, la escala termodinámica de temperaturas más empleada, el cero se define como el cero absoluto de
temperatura, es decir, −273,15 °C. La magnitud de su unidad, llamada kelvin y simbolizada por K, se define
como igual a un grado Celsius. Otra escala que emplea el cero absoluto como punto más bajo es la escala
Rankine, en la que cada grado de temperatura equivale a un grado en la escala Fahrenheit. En la escala
Rankine, el punto de congelación del agua equivale a 492 °R, y su punto de ebullición a 672 °R.
En 1933, científicos de treinta y una naciones adoptaron una nueva escala internacional de temperaturas, con
puntos fijos de temperatura adicionales basados en la escala Kelvin y en principios termodinámicos. La escala
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internacional emplea como patrón un termómetro de resistencia de platino (cable de platino) para
temperaturas entre −190 °C y 660 °C. Desde los 660 °C hasta el punto de fusión del oro (1.063 °C) se emplea
un termopar patrón: los termopares son dispositivos que miden la temperatura a partir de la tensión producida
entre dos alambres de metales diferentes (véase Termoelectricidad). Más allá del punto de fusión del oro las
temperaturas se miden mediante el llamado pirómetro óptico, que se basa en la intensidad de la luz de una
frecuencia determinada que emite un cuerpo caliente.
En 1954, un acuerdo internacional adoptó el punto triple del agua es decir, el punto en que las tres fases del
agua (vapor, líquido y sólido) están en equilibrio como referencia para la temperatura de 273,16 K. El punto
triple puede determinarse con mayor precisión que el punto de congelación, por lo que supone un punto fijo
más satisfactorio para la escala termodinámica. En criogenia, o investigación de bajas temperaturas, se han
obtenido temperaturas de tan sólo 0,00001 K mediante la desmagnetización de sustancias paramagnéticas. En
las explosiones nucleares (véase Armas nucleares) se han alcanzado momentáneamente temperaturas
evaluadas en más de 100 millones de kelvin.
Unidades de calor
En las ciencias físicas, la cantidad de calor se expresa en las mismas unidades que la energía y el trabajo, es
decir, en julios (véase Trabajo). Otra unidad es la caloría, definida como la cantidad de calor necesaria para
elevar la temperatura de 1 gramo de agua a 1 atmósfera de presión desde 15 hasta 16 °C. Esta unidad se
denomina a veces caloría pequeña o caloría gramo para distinguirla de la caloría grande, o kilocaloría, que
equivale a 1.000 calorías y se emplea en nutrición. La energía mecánica puede convertirse en calor a través
del rozamiento, y el trabajo mecánico necesario para producir 1 caloría se conoce como equivalente mecánico
del calor. A una caloría le corresponden 4,1855 julios. Según la ley de conservación de la energía, todo el
trabajo mecánico realizado para producir calor por rozamiento aparece en forma de energía en los objetos
sobre los que se realiza el trabajo. Joule fue el primero en demostrarlo de forma fehaciente en un experimento
clásico: calentó agua en un recipiente cerrado haciendo girar unas ruedas de paletas y halló que el aumento de
temperatura del agua era proporcional al trabajo realizado para mover las ruedas.
Cuando el calor se convierte en energía mecánica, como en un motor de combustión interna, la ley de
conservación de la energía también es válida. Sin embargo, siempre se pierde o disipa energía en forma de
calor porque ningún motor tiene una eficiencia perfecta. Véase Caballo de vapor.
Calor latente
El cambio de temperatura de una sustancia conlleva una serie de cambios físicos. Casi todas las sustancias
aumentan de volumen al calentarse y se contraen al enfriarse. El comportamiento del agua entre 0 y 4 °C
constituye una importante excepción a esta regla (véase Hielo). Se denomina fase de una sustancia a su
estado, que puede ser sólido, líquido o gaseoso. Los cambios de fase en sustancias puras tienen lugar a
temperaturas y presiones definidas (véase Regla de las fases). El paso de sólido a gas se denomina
sublimación, de sólido a líquido fusión, y de líquido a vapor vaporización. Si la presión es constante, estos
procesos tienen lugar a una temperatura constante. La cantidad de calor necesaria para producir un cambio de
fase se llama calor latente; existen calores latentes de sublimación, fusión y vaporización (véase Destilación;
Evaporación). Si se hierve agua en un recipiente abierto a la presión de 1 atmósfera, la temperatura no
aumenta por encima de los 100 °C por mucho calor que se suministre. El calor que se absorbe sin cambiar la
temperatura del agua es el calor latente; no se pierde, sino que se emplea en transformar el agua en vapor y se
almacena como energía en el vapor. Cuando el vapor se condensa para formar agua, esta energía vuelve a
liberarse (véase Condensación). Del mismo modo, si se calienta una mezcla de hielo y agua, su temperatura
no cambia hasta que se funde todo el hielo. El calor latente absorbido se emplea para vencer las fuerzas que
mantienen unidas las partículas de hielo, y se almacena como energía en el agua. Para fundir 1 kg de hielo se
necesitan 19.000 julios, y para convertir 1 kg de agua en vapor a 100 °C, hacen falta 129.000 julios.
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Calor específico
La cantidad de calor necesaria para aumentar en un grado la temperatura de una unidad de masa de una
sustancia se conoce como calor específico. Si el calentamiento se produce manteniendo constante el volumen
de la sustancia o su presión, se habla de calor específico a volumen constante o a presión constante. En todas
las sustancias, el primero siempre es menor o igual que el segundo. El calor específico del agua a 15 °C es de
4.185,5 julios por kilogramo y grado Celsius. En el caso del agua y de otras sustancias prácticamente
incompresibles, no es necesario distinguir entre los calores específicos a volumen constante y presión
constante ya que son aproximadamente iguales. Generalmente, los dos calores específicos de una sustancia
dependen de la temperatura.
Transferencia de calor
Los procesos físicos por los que se produce la transferencia de calor son la conducción y la radiación. Un
tercer proceso, que también implica el movimiento de materia, se denomina convección. La conducción
requiere contacto físico entre los cuerpos o las partes de un cuerpo que intercambian calor, pero en la
radiación no hace falta que los cuerpos estén en contacto ni que haya materia entre ellos. La convección se
produce a través del movimiento de un líquido o un gas en contacto con un cuerpo de temperatura diferente.
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