Escalas Termom©tricas (2)

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Bloque I. Interaccin materia energa: Calor Fsica 2Escalas termomtricas

En todo cuerpo material, la variacin de la temperatura va acompaada de la correspondiente variacin de otras propiedades medibles, de modo que a cada valor de aqulla le corresponde un solo valor de sta. Tal es el caso de la longitud de una varilla metlica, de la resistencia elctrica de un metal, de la presin de un gas, del volumen de un lquido, etc. Estas magnitudes cuya variacin est ligada a la de la temperatura se denominan propiedades termomtricas, porque pueden ser empleadas en la construccin de termmetros. Para definir una escala de temperaturas es necesario elegir una propiedad termomtrica que rena las siguientes condiciones:

a) La expresin matemtica de la relacin entre la propiedad y la temperatura debe ser conocida.b) La propiedad termomtrica debe ser lo bastante sensible a las variaciones de temperatura como para poder detectar, con una precisin aceptable, pequeos cambios trmicos.c) El rango de temperatura accesible debe ser suficientemente grande.

Una vez que la propiedad termomtrica ha sido elegida, la elaboracin de una escala termomtrica o de temperaturas lleva consigo, al menos, dos operaciones; por una parte, la determinacin de los puntos fijos o temperaturas de referencia que permanecen constantes en la naturaleza y, por otra, la divisin del intervalo de temperaturas correspondiente a tales puntos fijos en unidades o grados.

Anders Celsius (17011744) fue un astrnomo suizo que invent la escala centgrada en 1742. Celsius escogi el punto de fusin del hielo y el punto de ebullicin del agua como sus dos temperaturas de referencia para dar con un mtodo simple y consistente de un termmetro de calibracin. Celsius dividi la diferencia en la temperatura entre el punto de congelamiento y de ebullicin del agua en 100 grados (de ah el nombre centi, que quiere decir cien, y grado).Despus de la muerte de Celsius, la escala centgrada fue llamada escala Celsius y el punto de congelamiento del agua se fij en 0C y el punto de ebullicin del agua en 100C. Un problema prctico de cualquier termmetro es su rango limitado de temperaturas. Por ejemplo, como el mercurio se congela a -39 C, para asegurarse de medir temperaturas menores que estas, se usan los termmetros de alcohol, que se congela a 130 C.

En los pases anglosajones se pueden encontrar an termmetros graduados en grado Fahrenheit (F). Daniel Gabriel Fahrenheit (16861736) era un fsico nacido en Polonia. Invent el termmetro de alcohol en 1709 y el termmetro de mercurio en 1714. La escala de temperatura Fahrenheit fue desarrollada en 1724. Fahrenheit originalmente estableci una escala en la que la temperatura de una mezcla de hielo-agua-sal estaba fijada a 0 grados. La temperatura de una mezcla de hielo-agua (sin sal) estaba fijada a 30 grados y la temperatura del cuerpo humano a 96 grados. La escala Fahrenheit es comnmente usada en Estados Unidos.

La escala Fahrenheit difiere de la Celsius tanto en los valores asignados a los puntos fijos, como en el tamao de los grados. As al primer punto fijo se le atribuye el valor 32 (fusin del agua) y al segundo el valor 212 (ebullicin del agua). El rango de 100 grados en la escala Celsius corresponde a un rango de 180 grados en la escala Fahrenheit, por lo tanto, las relacionaremos como sigue: 180 divisiones de F = 100 divisiones de CEsto quiere decir que por cada 5 divisiones Celsius, hay 9 divisiones Fahrenheit:9 F = (5/9) (9) = 5 CY como el cero Celsius corresponde a 32 en la escala Fahrenheit:C = 5/9 (F 32)Podemos poner la frmula as: Tc = 5/9 (Tf 32) o as: C = 5/9 (F 32) Para pasar de F a C, se empleara la ecuacin: F = 9/5 C + 32Donde F representa la temperatura expresada en grados Fahrenheit y C la expresada en grados Celsius o centgrados.La escala de temperaturas adoptada por el SI es la llamada escala absoluta o Kelvin. En ella el tamao de los grados es el mismo que en la Celsius, pero el cero de la escala se fija en el -273.15 C. Este punto llamado cero absoluto de temperaturas es tal que a dicha temperatura desaparece la agitacin molecular, por lo que, segn el significado que la teora cintica atribuye a la magnitud temperatura, no tiene sentido hablar de valores inferiores a l. El cero absoluto constituye un lmite inferior natural de temperaturas, lo que hace que en la escala Kelvin no existan temperaturas bajo cero (negativas). La relacin con la escala Celsius viene dada por la ecuacin:oK = oC + 273.15Donde oK es la temperatura expresada en grados Kelvin o simplemente en Kelvin. Existe otra escala de temperatura, llamada escala Rankine. Se denomina Rankine (smbolo oR) 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 fsico e ingeniero escocs William Rankine en1859. El grado Rankine tiene su punto de cero absoluto a 459,67 F y los intervalos de grado son idnticos al intervalo de grado Fahrenheit. Se obtienen con la siguiente frmula:oR = oF + 459.67

TIPOS DE TERMOMETROS: En fsica se utilizan varios tipos de termmetros, segn el margen de temperaturas a estudiar o la precisin exigida. Como ya hemos sealado, todos se basan en una propiedad termomtrica de alguna sustancia: que cambie continuamente con la temperatura (como la longitud de una columna de lquido o la presin de un volumen constante de gas). Termmetros de lquido Los termmetros de lquido encerrado en vidrio son, ciertamente, los ms 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 congelacin del mercurio) a 357 C (su punto de ebullicin), con la ventaja de ser porttiles y permitir una lectura directa. No son, desde luego, muy precisos para fines cientficos. El termmetro de alcohol coloreado es tambin porttil, pero todava menos preciso; sin embargo, presta servicios cuando ms que nada importa su cmodo empleo. Tiene la ventaja de registrar temperaturas desde -112 C (punto de congelacin del etanol, el alcohol empleado en l) hasta 78 C (su punto de ebullicin), cubriendo por lo tanto toda la gama de temperaturas que hallamos normalmente en nuestro entorno.Termmetros de gas El termmetro de gas de volumen constante es muy exacto, y tiene un margen de aplicacin extraordinario: desde -27 C hasta 1477 C. Pero es ms complicado, por lo que se utiliza ms bien como un instrumento normativo para la graduacin de otros termmetros. El termmetro de gas a volumen constante se compone de una ampolla con gas -helio, hidrgeno o nitrgeno, segn la gama de temperaturas deseada- y un manmetro medidor de la presin. Se pone la ampolla del gas en el ambiente cuya temperatura hay que medir, y se ajusta entonces la columna de mercurio (manmetro) que est en conexin con la ampolla, para darle un volumen fijo al gas de la ampolla. La altura de la columna de mercurio indica la presin del gas. A partir de ella se puede calcular la temperatura. En un termmetro de gas de volumen constante el volumen del hidrgeno que hay en una ampolla metlica se mantiene constante levantando o bajando un depsito. La altura del mercurio del barmetro se ajusta entonces hasta que toca justo el indicador superior: la diferencia de los niveles (h) indica entonces la presin del gas y, a su travs, su temperatura.Termmetros de resistencia de platino El termmetro de resistencia de platino depende de la variacin de la resistencia a la temperatura de una espiral de alambre de platino. Es el termmetro ms 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 trmica y baja conductividad, por lo que se emplea sobre todo para medir temperaturas fijas.

Par trmicoUn par trmico (o pila termoelctrica) consta de dos cables de metales diferentes unidos, que producen un voltaje que vara con la temperatura de la conexin. 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 trmico es el termmetro ms preciso en la gama de -631 C a 1064 C y, como es muy pequeo, puede responder rpidamente a los cambios de temperatura. Pirmetros El pirmetro de radiacin se emplea para medir temperaturas muy elevadas. Se basa en el calor o la radiacin visible emitida por objetos calientes, y mide el calor de la radiacin mediante un par trmico o la luminosidad de la radiacin visible, comparada con un filamento de tungsteno incandescente conectado a un circuito elctrico. El pirmetro es el nico termmetro que puede medir temperaturas superiores a 1477 C. Ejemplo:

En Obregn, la temperatura ambiente en el mes de agosto se aproxima los 45 C. Una persona que vive en Arizona quiere conocer esta temperatura en grados Fahrenheit, con los que l est familiarizado. Haz la conversin.Solucin:F = 9/5 C + 32 = 1.8 x 45 + 32 = 113 F

Resuelvan los siguientes problemas:1. Completen la siguiente tabla, efectuando las conversiones pertinentes de temperatura incluyendo el desarrollo. Compara los resultados con los de tus compaeros de equipo.

KelvinCelsiusRankineFahrenheit

86-187.15154.8-304.87

304.1531547.4787.8

-224.0849.07580120.33

144.27-128.88259.67-200

Desarrollos:oC = oK 273.15oF = 9/5 oC + 32oR = oF + 459.67oC = 86 273.15oF = 9/5(-187.15) + 32oR = -304.87 + 459.67oC = -187.15oF = -336.87 + 32 = -304.87oR = 154.8oK = oC + 273.15oF = 9/5 oC + 32oR = oF + 459.67oK = 31 + 273.15oF = 1.8 (31) + 32oR = 87.8 + 459.67oK = 304.15oF = 87.8oR = 547.47oF = oR 459.67oC = 5/9( oF -32)oK = oC 273.15oF = 580 - 459.67oC = 5/9(120.33 32)oK = 49.07 273.15oF = 120.33oC = 49.07oK = -224.08

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