La termometria s'encarrega del mesurament de la temperatura en diversos sistemes, i és una disciplina d'inicis bastant empírics, ja que des de l'època d'Hipòcrates, en el camp de la medicina, es tenia consciència de la temperatura dels cossos, mitjançant el tacte, i segons la sensació percebuda se li qualificava com "calor dolç" o "febre ardent". No obstant això, no va ser fins al desenvolupament de l'termòmetre, per Galileu Galilei, anys més tard, quan aquest àmbit d'estudi surt de les aigües empíriques, per adoptar un paper científic.
Tots coneixem el termòmetre com a instrument de mesura de la temperatura d'un cos, i de l'entorn, però Com funciona? D'on van sorgir les escales termomètriques? Però abans de respondre aquestes preguntes, és important aclarir el concepte de la variable que estem mesurant, en aquest cas, la temperatura.
La temperatura, la unitat fonamental de l'escala termomètrica
A l'anomenar la paraula temperatura, segurament vas pensar en quantitat de calor, però, el primer que s'ha de considerar, és que calor no és el mateix que temperatura, Encara que per descomptat, totes dues variables estan molt lligades entre si.
La calor és la quantitat d'energia la transferència està associada a un gradient de temperatura entre dos sistemes, el que vol dir, que la temperatura és una variable que determina la calor, mes no es tracta d'la calor en si. La temperatura està associada a l'energia cinètica, que és la que defineix el moviment de les partícules de el sistema, i en la mesura que hi ha una major agitació en el moviment de partícules, més gran serà la magnitud llançada per les anomenades "escales termomètriques".
Termòmetre, la base de la termometria
Com ja s'ha esmentat, el creador del primer termòmetre va ser Galileu Galilei, el disseny d'aquest instrument estava basat en el muntatge d'un tub de vidre vertical, tancat per tots dos extrems, que contenia aigua en la qual estaven submergides diverses esferes de vidre tancades , amb líquid de colors al seu interior. Això va permetre realitzar els primers registres de les variacions de temperatura. El fluid utilitzat en aquest primer termòmetre va ser aigua, però, posteriorment va ser substituït per alcohol, ja que l'aigua a temperatures molt baixes arribava a un punt de congelació, i a l'variar la pressió atmosfèrica es registraven fluctuacions en el nivell de l'aigua, sense que això impliqués una variació en la temperatura.
Entre els anys 1611 i 1613. Santorio incorpora una escala numèrica a l'instrument de Galileu. No obstant això aquest instrument encara no donava resultats precisos, ja que el fluid de mesurament era molt susceptible a la pressió atmosfèrica. L'any 1714, Daniel Fahrenheit incorpora en el mesurament el mercuri.
L'ús de l'mercuri va representar un gran avanç en la precisió de l'instrument, ja que a l'posseir un coeficient de dilatació elevat, les pertorbacions causades per la temperatura, eren fàcilment apreciables.
Principi de funcionament de l'termòmetre
Quan dues parts d'un sistema entren en contacte, el que es pot esperar és que ocorrin variacions en les propietats de les dues, els quals estan lligats a un fenomen de transferència de calor entre elles. Les condicions que s'han de complir perquè un sistema estigui en equilibri tèrmic són les següents:
- No ha d'haver intercanvi de calor entre les parts involucrades
- Cap de les propietats que depenen de la temperatura ha de variar.
El termòmetre opera sota el principi zero de la termodinàmica, El qual estableix la interrelació entre dues variables en equilibri tèrmic. La qual cosa vol dir, que el mercuri, com a fluid susceptible als canvis de temperatura, a l'entrar en equilibri amb el cos o mitjà, el valor de temperatura desitgem conèixer, adopta el valor de temperatura d'aquest.
Desenvolupament de les escales termomètriques
Com ja ho havíem esmentat, el primer visionari de la necessitat d'establir un paràmetre de mesurament en l'instrument de Galileu va ser Santorio, qui va establir una escala numèrica sense cap sentit físic. No obstant això, aquest esdeveniment va ser de gran importància en el desenvolupament de les que avui coneixem com les escales de la termometria.
grau Rømer
Rømer és una escala basada en la congelació i ebullició de l'aigua de sal. Aquesta escala actualment es troba en desús, ja que no ofereix resultats precisos.
Escala de Fahrenheit
Daniel Fahrenheit va ser un fabricant d'instruments tècnics autor d'el termòmetre d'alcohol en 1709, i després anys més tard elaboraria el primer termòmetre a força de mercuri. Aquest inventor d'origen alemany, va desenvolupar una escala termomètrica arbitrària, que porta el seu nom, la qual presenta les següents característiques:
- No té valors negatius, ja que en aquella època no es tenien nocions respecte a les temperatures per sota de 0, per aquesta raó, l'ebullició de l'aigua es troba es produeix a 212 º F, i la seva congelació als 32 ºF.
- Compta amb força precisió, ja que està basada en observacions en el termòmetre de mercuri, material amb dilatació gairebé uniforme en aquest interval de temperatures.
- Amb el seu termòmetre de precisió, Farenheit va mesurar la variació de la temperatura d'ebullició de l'aigua en condicions de pressió de l'ambient, i va aconseguir establir que el punt d'ebullició és una característica pròpia per a cada substància líquida.
- El seu ús s'ha estès en països com els Estats Units i el Regne Unit.
Escala de Celsius
Entre les escales termomètriques, aquesta va guanyar gran popularitat en la seva època. Va ser inventada el 1742 per l'astrònom Suec Andrés Celsius, qui la va desenvolupar prenent com a valor inferior al punt de congelació de l'aigua, i com a valor límit el de la seva ebullició. Celsius va realitzar una sèrie de 100 divisions entre aquests dos punts.
A diferència de les altres escales, la centígrada treballa amb 100 graduacions, i la seva utilització s'ha estès per a fins domèstics, ja que en l'àmbit científic es prefereix l'ús de l'escala absoluta de Kelvin.
Escala de Kelvin
A aquesta escala se li dóna el qualificatiu d ' "absoluta", que contempla el valor de l'zero absolut, i la seva importància radica bàsicament en aquest aspecte, ja que no depèn de punts fixos arbitraris, sinó que presenta la temperatura com a expressió de la cinètica molecular , obtenint el valor en el punt en què es va determinar el cessament de el moviment molecular.
És important ressaltar que està temperatura està associada a l'escala de Celsius, ja que ambdues manegen una graduació de 100.
Escala d'Rankine
L'any 1859, l'enginyer William Rankine, proposa aquesta escala, la qual guarda relació amb els graus Fahrenheit, ja que maneja la seva mateixa graduació, però aquesta escala contempla la presència de l'zero absolut. En una analogia, es pot dir que la relació Celsius-Kelvin és de la mateixa naturalesa que la Fahrenheit- Rankine.
Conversions entre les escales termomètriques
L'ús de conversions és de gran importància en l'àmbit de resolució de problemes, està determinat pel fet que no podem agrupar variables de diferent naturalesa. I pel fet que les diferents disciplines poden manejar-se en termes de diferents escales termomètriques, s'han establert relacions que permeten la transformació de valors.
- Fahrenheit (ºF) - Rankine (ºR)
º F = ºR- 460
- Celsius (ºC) - Kelvin (ºK)
ºC = ºK- 273
- Celsius (ºC) - Fahrenheit (ºF)
ºC = (º F-32) / 1,8