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Termómetro
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 Daniel 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 Celsius, o centígrada, diseñada por el astrónomo
sueco Anders Celsius y utilizada en la mayoría de los países,
el punto de congelación del agua es 0 grados (0 ºC) y el punto
de ebullición es de 100 ºC. véase Calor.
2 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.
La resistencia eléctrica de un conductor o un semiconductor
varía con la 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 le corresponde una
resistencia eléctrica diferente. La resistencia se puede medir
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 se puede emplear hasta los 900 ºC
aproximadamente. Usando circuitos electrónicos adecuados, la
lectura del galvanómetro se puede convertir 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 se pueden conectar 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 se puede medir 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 se
puede leer 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.
3 TERMÓMETROS ESPECIALES
Los termómetros también se pueden diseñar 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 se pueden
estimar mediante pinturas especiales que cambian de color
cuando se alcanza una temperatura determinada.
4 PRECISIÓN DE LAS MEDIDAS
La precisión de la medida de la temperatura depende del
establecimiento de un equilibrio térmico entre el dispositivo
termométrico y el entorno; en el equilibrio, el termómetro y
el material adyacente o próximo se encuentran a la misma
temperatura. Por eso, para que la medida de un termómetro
clínico, por ejemplo, sea precisa, éste se debe colocar
durante un periodo de tiempo suficiente (más de un minuto)
para que alcance un equilibrio casi completo con el cuerpo
humano. Los tiempos 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 se quiere medir.
Por ejemplo, si se mide 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.
Artículo enviado
por Jonathan Montero Díaz
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