FISICOQUÍMICA FISICOQUÍMICA 3º - 2009 200 9 TERMÓMETROS - ESCALAS TERMOMÉTRICAS El termómetro es un instrumento instrumento que se usa para medir la temperatura. Su presentación más más común es de vidrio, el cual contiene un tubo interior con mercurio, que se expande o dilata debidos a los cambios de temperatura. Para determinar la temperatura, el termómetro cuenta con una escala debidamente debidamente graduada que la relaciona con el volumen que ocupa el mercurio en el tubo. Las presentaciones más modernas son de tipo digital, aunque el mecanismo interno suele ser el mismo. Este aparato aparat o es comúnmente comúnmente empleado empleado para tomar la temperatura, de una persona. Asim Asimism ismo, o, el termómetro, se utiliza de igual manera, para medir la temperatura, en los animales, por parte de los veterinarios. veterinarios. En la actualidad, es la manera más práctica, para saber o conocer, qué temperatura corporal corpo ral posee una persona. Los más usuales son de mercurio. Y esto se debe, a que el mercurio es una sustancia, que con el calor, no sólo se dilata, dilata, sino que cuando llega a la temperatura promedio, perman pe rmanece ece estable por bastante tiempo. tiempo. Y es por lo mismo, que se puede llegar a conocer con certeza, la temperatura de una persona. Lo que se debe de tener claro, es que el mercurio es un producto altamente tóxico, por lo que un termómetro, debe ser manipulado, manipulado, sólo por un adulto. Con respecto, a los principales principales avances avances dentro de la historia del termómetro, podemos señalar los siguientes: En 1592, Galileo Galilei, construye el primer termómetro rudimentario. En 1612, Santorre Santorio, da un uso médico al termómetro. En 1714, Daniel Fahrenheit, inventa el termómetro a base de mercurio. Por último, último, en 1885, Calendar Van Duessen, inventa el sensor sensor de temperatura, con la resistencia de platino. Con respecto a las temperaturas, la escala más utilizada en el mundo, es la Celsius. Aquella que mide la temperatura en grados centígrados. Ha sido nombrada nombrada como tal, en honor hono r a Andrés Celsius. Con respecto a la temperatura normal, que se debe registrar en un termómetro, en un adulto humano, humano, esta debe ser de 36,5 36 ,5 grados Celsius. Celsius. Por sobre aquella temperatura, se podrá considerar considerar que se posee fiebre. fiebre. Ahora, Ahora, sobre los 40 grados Celsius, se deben de tomar precauciones, ya que pueden llevar llevar a desmayos, convulsiones y perdida progresiva de neuronas.
ANDERS CELSIUS (Uppsala, Suecia, 1701-id., 1744) Físico Físico y astrónomo sueco. Profesor de astronomía en la Universidad Universidad de Uppsala (1730-1744), Anders Celsius supervisó la construcción del Observatorio de Uppsala, del que fue nombrado nombrado director en 1740. En 1733 publicó publicó una colección de 316 observaciones observaciones de auroras boreales. En 1736 partici pa rticipó pó en una expedición expedición a Laponia para medir medir un arco de meridiano meridiano terrestre, lo cual confirmó la teoría de Newton de que la Tierra se achataba en los polos Celsius es conocido como el inventor de la escala centesimal del termómetro. Aunque este instrumento es un invento muy antiguo, la historia de su gradación es de lo más caprichosa. Durante el siglo XVI era graduado como "frío" colocándolo en una cueva y "caliente" exponiéndolo a los rayos del sol estival o sobre la piel caliente de una persona. Más tarde el francés Réaumur y el alemán Farenheit en 1714, lo graduaron basándose en la temperatura del hielo hielo en su punto p unto de fusión fusión y en la del vapor de agua al hervir, pero la escala alemana iba de 32 a 212 grados, mientras que la francesa lo hacía de 0 a 80 grados.
Iepm. Fisicoquímica Calor C alor y Temperatura. Temperatura. Pág. 1/6
En 1742, Celsius propuso sustituir la escala del científico alemán por otra cuyo manejo era más sencillo. Para ello creó la escala centesimal que iba de 0 a 100 grados e inventó el termómetro de mercurio. El punto correspondiente a la temperatura 0 coincidía con el punto de ebullición del agua mientras que la temperatura a 100ºC equivalía a la temperatura de congelación del agua a nivel del mar. La escala, por tanto, indicaba indicaba un descenso descenso de temperatura cuando el calor aumentaba, al contrario de como es conocida actualmente. Su compatriota el científico Karl Von Linné (conocido como Linneo) invertiría esta escala tres años más tarde. Esta escala centígrada de temperaturas fue pr opuesta en una memoria memoria que presentó a la Academi Academiaa de Ciencias Ciencias Sueca. El termómetro de Celsius Celsius fue conocido durante años como "termómetro " termómetro sueco" por po r la comunidad científica, y tan sólo se popularizó el nombre de "termómetro Celsius" a partir del s. XIX. DANIEL FARENH Autor de numerosos inventos, entre los que cabe citar los termómetros de agua (1709) y de mercurio (1714), la aportación teórica más relevante de Fahrenheit fue el diseño de la escala termométrica que lleva su nombre, aún hoy la más empleada en Estados Unidos y hasta hace muy poco también en el Reino Unido, hasta la adopción por este país del sistema métrico decimal.
Escalas termométricas de Celsius y Fahrenheit Fahrenheit empleó como valor cero de su escala la temperatura de una mezcla de agua y sal a partes iguales, y los valores de congelación y ebullición del agua convencional quedaron fijados en 32 y 212 respectivamente. En consecuencia, al abarcar un intervalo más amplio, la escala Fahrenheit permite mayor precisión que la centígrada a la hora de delimitar una temperatura concreta. Se llaman Escalas termométricas a los sistemas creados para medir las temperaturas de las sustancias.Hay tres escalas de uso generalizado cuyos símbolos son:
Escala Esca la Nombre Nomb re de la uni unidad dad Celsius grado Celsius Fahrenheit grado Fahrenheit Kelvin Kelvin
Símb olo Símbolo ºC ºF K
Ejemplo Ejem plo 100 ºC 50 ºF 185 K
Nótese Nót ese que los grados Kelvin se escriben sólo con el número y la letra K (sin (sin el símbolo símbolo º) 1)Escala Celsius: Se preestablecen dos medidas medidas de temperatura que corresponden a dos estados Iepm. Fisicoquímica Calor C alor y Temperatura. Temperatura. Pág. 2/6
particulares particulares del agua pura: 0 ºC :corresponde a la temperatura estable que se registra en el termómetro cuyo bulbo está sumergido sumergido en hielo hielo trozado troz ado en estado estad o de fusión . Se marca este valor como 0º C 100 ºC :corresponde a la temperatura estable que se registra registra en el termómetro termómetro cuyo bulbo está en contacto con los vapores que emanan del agua en estado de ebulli ebullición ción . Se marca este valor como 100 º C Grado Celsius: Habiendo hecho las marcas en el termómetro en correspondencia con los valores 0 ºC y 100 ºC, se divide el intervalo en 100 partes iguales y cada una de corresponde a un grado Celsius, también llamado grado esas divisiones corresponde
centígrado 2)Escala Fahrenheit: Se establecen dos medidas fijas: 0 ºF : corresponde al punto de fusión de una “mezcla frigorífica” formada por cubos de hielo y sulfato de amonio, cuya temperatura de fusión fusión es menor que la del agua pura. Se marca este valor como 0º F, que corresponde a - 32 ºC, por lo tanto el 0 ºC coincide con el valor 32 ºF 212 ºF : corresponde al punto de ebullición del agua pura. Se marca este valor valor que equivale a 100 ºC Grado Fahrenheit: si se divide el el intervalo entre las dos marcas (0 ºF y 212 ºF) en 212 partes parte s iguales y se establece que , cada una de estas divisiones es un grado Fahrenheit
3)Escala Kelvin Ya dijimos dijimos que la temperatura tempera tura es la medida del estado energético ene rgético y que corresponde correspon de a la velocidad velocidad promedio (energía cinética promedio) de las moléculas de un cuerpo.Sabemos también que, si se agrega calor a un cuerpo , la velocidad de las moléculas aumenta , en tanto que si se quita calor, la velocidad de las moléculas disminuye.Se ha calculado matemáticamente que, si se extrae sistemáticamente el calor de un cuerpo, se llega a estado térmico t érmico en que las moléculas pierden pierden completamente la movilidad. movilidad. A este estado térmico se le asigna el valor 0 (cero absoluto) en la escala Kelvin y corresponde a - 273 ºC.- (Doscientos setenta y tres grados bajo cero) En la escala Kelvin, el punto de fusión del hielo corresponde al valor 273 K y el punto de ebullición
del agua a 373 K.-
Grado kelvin: si dividimos dividimos la escala Kelvin Kelvin en el intervalo entre el punto de fusión del hielo (273 K) y el punto de ebullición del agua (373 K) en 100 partes iguales, cada división división corresponde a un grado kelvin y es exactamente igual a un grado Celsius 1 K = 1 ºC Unidad SIMELA :
SIMELA ha adoptado el grado Kelvin
grado Celsius (ºC)
(K) como unidad de temperatura, aunque acepta también el
CONVERSIÓN DE UNIDADES:
AGUA EN EBULLICIÓN :
Celsius ( ºC ) 100 ºC | 1
| |
Fahrenheit ( ºF) 212 ºF | 1
| |
Kelvin (K) 373 K | | 1 |
Iepm. Fisicoquímica Calor C alor y Temperatura. Temperatura. Pág. 3/6
0 0 ºC
HIELO Y AGUA: MECLA HIELO Y SAL:
CERO ABSOLUTO: ABSOLUTO:
0 ºC
| | | | |
8 0 ºF
|
|
-17,78ºC |
| | | - 273 ºC |
0 ºF
|
| 0 | K | | | 273 K | | | | 2 | 7 | 3 | K | 0
32 ºF |
| | | | | |
| | | | | |
| | |
|
0K|
Tal como puede verse en el dibujo, dibujo, 100 ºC corresponden a 180 ºF y a 100 K, 100 ºC -------- 180 ºF 1 ºC ------ -------- x = 1 ºC . 180 ºF = 100 ºC 1 ºC = 1,80 ºF también 180 ºF -------- 100 ºC 1 ºF -------- ------ x = 1 ºF . 100 ºC = 180 ºF 1 ºF = 0, 56 ºC
Conversión de escalas - problemas a) Convertir Convertir 60 ºF a ºC: Desarrollo: 1er paso: se restan 32 ºF al valor dado: 60 ºF - 32 ºF = 28 ºF 2º paso : se convierten convierten los los 28 ºF ºF a grados ºC, con una regla de tres si 180 ºF ------------ 100 ºC 28 ºF ---------------- ------- x = 28 ºF . 100 ºC = 15,56 ºC 180 ºF Respuesta: 60 ºF equivalen equivalen a 15,56 ºC
b) Convertir la temperatura temperatura anterior a K Desarrollo: 1er paso: ya hemos establecido que 60 ºF equivale a 15,56 ºC 2º paso: sabemos que 0 ºC equivalen equivalen a 273 K, por lo tanto tanto 15,56 ºC equivalen equivalen a 273 + 15,56 = 288,56 K Respuesta: 60 º F equivalen equivalen a 288,56 K c) Convertir 50 ºC a ºF 100 ºC ------------- 180 ºF 50 ºC ---------------- ------- x = 50 ºC . 180 ºF = 90 ºF Iepm. Fisicoquímica Calor C alor y Temperatura. Temperatura. Pág. 4/6
por lo tanto:
100 ºC pero, tal como puede verse en el dibujo, al valor calculado hay que agregarle los 32 ºF que hay de diferencia entre los valores cero de ambas escalas: 90 ºF + 32 ºF = 122 ºF Respuesta: 50 ºC equivalen a 122 ºF
1) Para convertir X ºC a ºF : t ºF
= 9ºF . t ºC + 32 ºF 5 ºC
2)Para convertir convertir XºF a ºC
tºC tºC = (t ºF – 32 3 2 ºF) ºF) x 5 ºC 9 ºF 3) Para convertir X ºC
TK = 273K + tºC (1ºC = 1K) tºC = TK – 273 K (1ºC = 1K) Nota: Las temperaturas en ºF y ºC deben introducirse introducirse con su signo (+ si es > 0
ò
– si es < 0)
Las temperaturas temperatu ras en K , en cambio, cambio, son siempre positivas porque porqu e no existen temperaturas tempera turas Kelvin bajo 0
Ejercicios: 1) Convertir t = 80 ºC a tºF t ºF = 9ºF . t ºC + 32 ºF 5 ºC
Respuesta 80 ºC = 176 ºF
------> ------ > 9ºF . 80 ºC + 32 ºF = 176 ºF 5 ºC
2) Convertir t = 200 ºF ºF a tºC tºC tº C = (t ºF – 32 3 2 ºF) ºF) x 5 ºC 9 ºF
-------- --------> > (t ºF – 32 ºF) ºF) x 5 ºC = 93,33 93, 33 ºC 9 ºF
Respuesta 200 ºF = 93,33 ºC
3) Convertir t = (-40) ºC a tºF t ºF = 9ºF . t ºC + 32 ºF 5 ºC
-------- ---> > 9ºF . (-40) (-40 )ºC + 32 ºF = (-40) (-4 0) ºF 5 ºC
Respuesta (-40) ºC = (-40) ºF 4) Convertir t = (-40) ºF ºF a tºC tºC tº C = (t ºF – 32 3 2 ºF) ºF) x 5 ºC 9 ºF
---------> ------ ---> (-40 ºF – 32 ºF) ºF) x 5 ºC = (-40) (-4 0) ºC 9 ºF
Respuesta 80 ºC = 176 ºF
5) Convertir t = (-40 ºC) a K Iepm. Fisicoquímica Calor C alor y Temperatura. Temperatura. Pág. 5/6
TK = 273K + tºC --------> 273 K + (-40 ºC) = 233 K Respuesta 80 ºC = 176 ºF 6) Convertir Convertir T = (40 K) a ºC tºC = TK – 273 K ------> 40 K – 273 K = -233 ºC Respuesta 40 K = - 233 ºC
Iepm. Fisicoquímica Calor C alor y Temperatura. Temperatura. Pág. 6/6
