Escalas de temperatura
Los primeros termómetros surgieron en la edad media y eran llamados termoscopios.
Consistían de un bulbo conteniendo un tubo largo con una extremidad inmersa en agua colorida (el vino era muy utilizado). Un poco de aire en el tubo era expulsado antes de inserir el líquido. Eso hacía con que el líquido subiera por el tubo. Cuando el aire restante en el tubo y en el bulbo sufría calentamiento o enfriamiento, el nivel del líquido en el tubo sufría variación, reflejando un cambio en la temperatura del aire. Una escala en el tubo permitía que una medición cuantitativa de esas flotaciones fuese realizada.
En 1702, el astrónomo Ole Roemer de Copenhague utilizó dos puntos fijos en su escala: hielo y agua en ebullición. En 1724 Gabriel Fahrenheit, un reparador de instrumentos en Danzig y Ámsterdam, utilizó el mercurio como liquido de termómetro. La expansión térmica del mercurio es grande y uniforme. No se adhiere al vidrio, y permanece en estado líquido en un gran intervalo de temperaturas. Su apariencia metálica facilita la lectura.
En la escala utilizada por Fahrenheit el punto de ebullición del agua fue definido como 212. Y el punto de congelamiento del agua fue calibrado en 32, de modo que el intervalo entre los dos puntos pudiese ser representado por el número 180. Las temperaturas medidas en esa escala son llamadas de grados Fahrenheit (° F).
En 1745, Carolus Linnaeus de Upsala, Suecia, describió una escala en que el punto de congelamiento del agua era cero, y el punto de ebullición 100, definiendo la escala del centígrado (paso de cien). Anders Celsius (1701-1744) utilizó la escala de forma contraria donde el cero representa el punto de ebullición del agua y 100 su punto de congelamiento. De nuevo, con 100 grados entre los dos puntos de definición.
En 1948 la utilización de la escala de Centígrado fue cambiada por la utilización de una nueva escala de grados Celsius (° C). La escala Celsius se define por las siguientes dos características, que discutiremos más tarde:
(i) el punto triple del agua es definido como 0.01 ° C
(ii) un grado Celsius es igual al mismo cambio de temperatura que un grado en una escala de gas ideal.
En la escala Celsius el punto de ebullición del agua en las condiciones normales de presión atmosférica es 99.975 C, en contraste con los 100 grados definidos pela escala do Centígrado.
Para convertir de Celsius a Fahrenheit: multiplique por 1.8 y sume 32.
En1780, J. A. C. Charles, un médico Francés, demostró que para el mismo aumento de temperatura, todos os gases presentan el mismo aumento de volumen. Como el coeficiente de expansión de los gases es aproximadamente el mismo, es posible establecer una escala de temperatura basada en un punto fijo simple, en vez de una escala con dos puntos fijos, como son las escalas Fahrenheit y Celsius.
En un termómetro de gas con volumen constante, un gran bulbo de gas B, por ejemplo hidrógeno, bajo una determinada presión es conectado a un manómetro de mercurio por intermedio de un tubo de volumen muy chico. (El bulbo B es la parte sensible a la temperatura y debe contener la mayor parte del hidrógeno). El nivel de mercurio en C debe ser ajustado subiendo, o bajando, el depósito de mercurio R. La presión del gas de hidrógeno, que es la variable «x» en la relación lineal con la temperatura (ecuación [4.1]), se da por la diferencia entre los niveles D y C más la presión por arriba de D.
Se observa experimentalmente que existe poca diferencia entre las escalas de temperatura para gases distintos, bajo pequeñas presiones. En esas condiciones, todos los gases se portan como gases perfectos, obedeciendo la relación
Esa temperatura es conocida como temperatura termodinámica y es hoy en día acepta como una medida fundamental de la temperatura. Note que existe un cero natural en esa escala – es el punto en que la presión del gas ideal es cero. Luego, solamente un segundo punto necesita ser definido. Ese fue definido por el Comité Internacional de Pesos y Medidas como el punto triple del agua (el punto donde agua, hielo y vapor de agua coexisten en equilibrio). Su valor fue tomado como 273.16. La unidad de temperatura en esa escala es el Kelvin, y su símbolo es el K (no se utiliza el símbolo de grado en ese caso). Una «célula» de punto triple es demostrada en el dibujo abajo. La célula es enfriada hasta que el agua, hielo y vapor de agua estén en equilibrio. La temperatura es de 273.16 K por definición. Un termómetro puede ser calibrado insertando el mismo en el tubo central.
Para hacer la conversión de Celsius para Kelvin, sume 273:
K = ° C + 273
La temperatura termodinámica es la temperatura fundamental; su unidad es el Kelvin que es definido como la fracción 1/273.16 de la temperatura termodinámica del punto triple del agua.
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Tabla: Comparaciones entre escalas |
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