Calor y temperatura - cbt3

La termometría es una rama de la física que se ocupa de los métodos y medios
para medir la temperatura. Simultáneamente la termometría es un apartado de la
metrología, cuyas misiones consisten en
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asegurar la unidad de mediciones de la temperatura,
establecer las escalas de temperatura,
crear patrones,
elaborar metodologías de graduación y de
la verificación de los medios de medida de la temperatura.
Calor y temperatura
Calor
El calor es una cantidad de energía y es una
expresión del movimiento de las moléculas
que componen un cuerpo.
Cuando el calor entra en un cuerpo se
produce calentamiento y cuando sale,
enfriamiento. Incluso los objetos más fríos
poseen algo de calor porque sus átomos se
están moviendo.
Temperatura
La temperatura es la medida del calor de un
cuerpo (y no la cantidad de calor que este
contiene o puede rendir).
Diferencias entre calor y temperatura
Todos sabemos que cuando calentamos un
objeto su temperatura aumenta. A menudo Al aplicar calor, sube la
pensamos que calor y temperatura son lo temperatura.
mismo. Sin embargo, esto no es así. El calor y la temperatura están relacionadas
entre sí, pero son conceptos diferentes.
Como ya dijimos, el calor es la energía total del movimiento molecular en un
cuerpo, mientras que la temperatura es la medida de dicha energía. El calor
depende de la velocidad de las partículas, de su número, de su tamaño y de su
tipo. La temperatura no depende del tamaño, ni del número ni del tipo.
Medida de la temperatura
Para medir la temperatura se utiliza el termómetro, existiendo una clasificación:
Termómetros de líquido
Los termómetros de líquido encerrado en vidrio son, ciertamente, los más
familiares: el de mercurio se emplea mucho para tomar la temperatura de las
personas, y, para medir la de interiores, suelen emplearse los de alcohol
coloreado en tubo de vidrio.
Los de mercurio pueden funcionar en la gama que va de -39 °C (punto de
congelación del mercurio) a 357 °C (su punto de ebullición), con la ventaja de ser
portátiles y permitir una lectura directa.
El termómetro de alcohol coloreado es también portátil, pero todavía menos
preciso; sin embargo, presta servicios cuando más que nada importa su cómodo
empleo. Tiene la ventaja de registrar temperaturas desde - 112 °C (punto de
congelación del etanol, el alcohol empleado en él) hasta 78 °C (su punto de
ebullición).
Termómetros de gas
El termómetro de gas de volumen constante es muy exacto, y tiene un margen de
aplicación extraordinario: desde - 27 °C hasta 1477 °C. Pero es más complicado,
por lo que se utiliza más bien como un instrumento normativo para la graduación
de otros termómetros.
El termómetro de gas a volumen constante se compone de una ampolla con gas helio, hidrógeno o nitrógeno, según la gama de temperaturas deseada- y un
manómetro medidor de la presión. Se pone la ampolla del gas en el ambiente cuya
temperatura hay que medir, y se ajusta entonces la columna de mercurio
(manómetro) que está en conexión con la ampolla, para darle un volumen fijo al
gas de la ampolla.
Termómetros de resistencia de platino
El termómetro de resistencia de platino depende de la variación de la resistencia a
la temperatura de una espiral de alambre de platino. Es el termómetro más preciso
dentro de la gama de -259 °C a 631 °C, y se puede emplear para medir
temperaturas hasta de 1127 °C. Pero reacciona despacio a los cambios de
temperatura, debido a su gran capacidad térmica y baja conductividad, por lo que
se emplea sobre todo para medir temperaturas fijas.
Par térmico
Un par térmico (o pila termoeléctrica) consta de dos cables de metales diferentes
unidos, que producen un voltaje que varía con la temperatura de la conexión. Se
emplean diferentes pares de metales para las distintas gamas de temperatura,
siendo muy amplio el margen de conjunto: desde -248 °C hasta 1477 °C. El par
térmico es el termómetro más preciso en la gama de -631 °C a 1064 °C y, como
es muy pequeño, puede responder rápidamente a los cambios de temperatura.
Pirómetros
El pirómetro es el único termómetro que puede medir temperaturas superiores a
1477 °C.
La temperatura del interior de un horno se mide con un termómetro de radiación o
pirómetro
TERMOMETROS DE DILATACIÓN
Termómetros de líquido en vidrio
Los termómetros de mercurio más exactos están graduados y calibrados para
inmersión total; esto es, con todo el mercurio, incluyendo el del tubo, a la
temperatura que se está: midiendo. Si parte del mercurio de la columna se
extiende fuera de la región en que se ha de medir la temperatura, hay que aplicar
una corrección a la lectura, basada en la longitud en grados de la columna
emergente, en la diferencia de temperatura entre la columna emergente y el bulbo
y en la dilatación relativa del mercurio y del vidrio.
Termómetro de Beckmann
El termómetro diferencial de Beckmann tiene una escala de 30 cm de largo,
aproximadamente, con una escala total de 5 6 6 grados C. Se emplea sólo para
medir diferencias de temperatura. La exactitud conseguida está entre 0.002 y
0.005 grados en la medida de cualquier intervalo dentro de los límites de la escala.
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Termómetros de sistemas llenos
Termómetros llenos de gas
El termómetro de gas de volumen constante, mencionado al hablar del
establecimiento de la escala termodinámica de temperaturas, pertenece a la
categoría de termómetros llenos de gas y es el más exacto de este tipo. Sólo se
emplea en los laboratorios de patrones a causa de su complejidad y de su
tamaño.
Los termómetros de gas a presión se emplean en temperaturas entre -450 °F. y +
1000 °F. (-268 °C. y + 538 °C.), lo cual queda parcial o enteramente fuera de los
límites de los sistemas de vapor a presión y en aplicaciones en que la menor
exactitud y el mayor tamaño del bulbo no exigen la elección de un termómetro de
alto costo del tipo de expansión de líquido.
Nota: solo se menciona algunos de los tipos de termómetros.
Para definir una escala de temperaturas es necesario elegir una propiedad
termométrica que reúna las siguientes condiciones:
1.
La expresión matemática de la relación entre la propiedad y la temperatura
debe ser conocida.
2. La propiedad termométrica debe ser lo bastante sensible a las variaciones de
temperatura como para poder detectar, con una precisión aceptable, pequeños
cambios térmicos.
3. El rango de temperatura accesible debe ser suficientemente grande.
Escala Celsius
El científico sueco Anders Celsius (1701-1744) construyó por primera vez la
escala termométrica que lleva su nombre. Eligió como puntos fijos el de fusión del
hielo y el de ebullición del agua, tras advertir que las temperaturas a las que se
verificaban tales cambios de estado eran constantes a la presión atmosférica.
Asignó al primero el valor 0 y al segundo el valor 100, con lo cual fijó el valor del
grado centígrado o grado Celsius (ºC) como la centésima parte del intervalo de
temperatura comprendido entre esos dos puntos fijos.
Escala Fahrenheit
En los países anglosajones se pueden encontrar aún termómetros graduados en
grado Fahrenheit (ºF). La escala Fahrenheit difiere de la Celsius tanto en los
valores asignados a los puntos fijos, como en el tamaño de los grados. Así al
primer punto fijo se le atribuye el valor 32 y al segundo el valor 212. Para pasar de
una a otra escala es preciso emplear la ecuación:
t(ºF) = 1,8 · t(ºC) + 32
donde t(ºF) representa la temperatura expresada en grados Fahrenheit y t(ºC) la
expresada en grados Celsius o centígrados.
Escala Kelvin
La escala de temperaturas adoptada por el SI es la llamada escala absoluta o
Kelvin. En ella el tamaño de los grados es el mismo que en la Celsius, pero el cero
de la escala se fija en el - 273,16 ºC. Este punto llamado cero absoluto de
temperaturas es tal que a dicha temperatura desaparece la agitación molecular,
por lo que, según el significado que la teoría cinética atribuye a la magnitud
temperatura, no tiene sentido hablar de valores inferiores a él. El cero absoluto
constituye un límite inferior natural de temperaturas, lo que hace que en la escala
Kelvin no existan temperaturas bajo cero (negativas). La relación con la escala
centígrada viene dada por la ecuación:
T(K) = t(ºC) + 273,16
siendo T(K) la temperatura expresada en grados Kelvin o simplemente en Kelvin.