TERMÓMETROS Y ESCALAS TERMOMÉTRICAS

 DILATACIÓN TÉRMICA.

La dilatación térmica es el aumento de volumen de un objeto o material al aumentar la temperatura (contracción térmica: es la disminución de volumen de un material al descender la temperatura).

Muchas son las aplicaciones de la dilatación térmica. Por ejemplo: en las vías de ferrocarril se deja un pequeño espacio entre dos raíles contiguos, se colocan juntas de dilatación (figura de la izquierda) cada tanto a lo largo de la vía para evitar que ésta se deforme (figura de la derecha).

Los termómetros son instrumentos utilizados para medir la magnitud temperatura y el funcionamiento del termómetro de líquido se basa en la dilatación térmica de líquidos: se emplea una sustancia que en estado líquido experimenta buena y regular dilatación frente a pequeños cambios de temperatura, es visible, en el rango de uso del termómetro no cambia de estado y no “moja” las paredes del capilar cuando circula por el mismo. De esa manera se puede medir la temperatura asociando el fenómeno de dilatación térmica a una escala termométrica.

La imagen muestra un esquema con las partes de dos termómetros de líquido: el termómetro clínico y el termómetro de laboratorio.

Vemos que ambos tienen: un tubo de vidrio exterior, largo y fino, que al ser frágil hace que el termómetro deba manipularse con cuidado; capilar, tubo de vidrio interior muy fino por donde circula la sustancia termométrica; bulbo, parte inferior del capilar que sirve como depósito de la sustancia termométrica; sustancia termométrica, líquido utilizado que se dilata o se contrae cuando la temperatura aumenta o disminuye respectivamente (los más usados son: mercurio y alcohol coloreado); escala termométrica: representa la unidad en la que se mide la temperatura; estrangulamiento, sólo lo tiene el termómetro clínico.

En el termómetro de laboratorio el capilar tiene el mismo diámetro en toda su extensión. En cambio: en el termómetro clínico, el capilar cerca del bulbo se afina y a esa parte se le llama estrangulamiento cuya función es permitir obtener la máxima temperatura corporal: al colocarlo en contacto con el organismo la sustancia termométrica se dilata (“sube” por el capilar) y luego, al quitarlo (cuando el organismo y la sustancia termométrica han alcanzado la misma temperatura), la temperatura desciende pero la sustancia termométrica no “baja”.

Se han construido diferentes escalas termométricas. Las más usadas en la actualidad son:

• Escala Celsius: es una escala centígrada creada y propuesta en 1742 por Anders Celsius (físico y astrónomo sueco, 1701-1744). Los grados en este escala se representan con el símbolo °C y se leen como “grados Celsius”.

• Escala Fahrenheit: es una escala no centígrada propuesta en 1724 por Daniel Gabriel Fahrenheit (físico e ingeniero nacido en Polonia en 1686 y fallecido en La Haya en 1736). En este escala los grados se representan con el símbolo °F y se leen como “grados Fahrenheit”.

• Escala Kelvin: es otra escala centígrada creada en 1848 por William Thomson, Lord Kelvin, (físico y matemático británico, 1824-1907). Los grados en esta escala se representa por el símbolo K y se leen “grados Kelvin”. La unidad de la temperatura en el Sistema Internacional de Unidades es el grado kelvin. Esta escala es absoluta porque sus valores son positivos y el 0K es un valor teórico que se denomina cero absoluto.

La equivalencia entre °C y K es: 0°C equivalen a 273,15 K. Redondeando en 273 este último valor usaremos las siguientes fórmulas para conversión de escalas de temperaturas:

• Convertir °C a K: T(K)=T(°C) + 273.

• Convertir K a °C: T(°C)= T(K) – 273.

• Convertir °C a °F: T(°F)= T(°C)x9/5 +32.

• Convertir °F a °C: T(°C)=[T(°F)-32]x5/9.

• Nota: si bien hay una relación matemática entre K y °F preferimos no usarla y si se desea saber a cuántos K equivalen una determinada cantidad de °F, primero se pasan los °F a °C y el resultado obtenido se convierte a K (empleando la relación entre las escalas Celsius y Kelvin).

Análogamente: para saber a cuántos °F equivalen una determinada cantidad de K, la temperatura en k se convierte a °C y el resultado obtenido de pasa a °F.

CUESTIONARIO.

1. Indicar las principales diferencias entre termómetro clínico y termómetro de laboratorio.

2. Indicar por qué está mal la siguiente frase: “la temperatura máxima para el día de mañana será 30 grados”.

3. Indicar ventajas y desventajas del uso del mercurio o del alcohol coloreado como sustancia termométrica.

4. ¿Cuál es el valor del punto de ebullición del etanol en K si en °C es 78,5?

5. ¿Cuál es el valor del punto de fusión del vinagre, ácido acético, en °C si en K es 289,6K?

6. ¿Cuál es el valor del punto de fusión del hierro en °F si en K es 1811K?