Fundamentos de Termometría y Calorimetría: Medición de la Temperatura y el Calor

Termometría: Medición de la Temperatura

La termometría estudia los distintos procedimientos tendientes a determinar o medir la temperatura de los cuerpos.

El Termómetro

El termómetro es un instrumento o dispositivo empleado para la medición o determinación de la temperatura. Los termómetros se basan en las variaciones de las dimensiones de un cuerpo en función de su temperatura, es decir, en su dilatación. Esta dilatación debe ser lo suficientemente notable como para proporcionar un medio para medir la temperatura.

Sustancia Termométrica

Es factible medir el aumento de temperatura observando las variaciones de volumen que experimenta un cuerpo que se toma como referencia, denominada sustancia termométrica.

Termómetro de Dilatación

El termómetro de dilatación, independientemente de la sustancia que se utilice (sea sólida, líquida o gaseosa), como cualquier instrumento de medición, debe contar con una escala convenientemente graduada.

Propiedades del Mercurio

El mercurio presenta las siguientes propiedades que lo hacen útil:

• Es notoriamente visible, aun en tubos capilares, debido a su brillo metálico y color característico.
• Es un líquido que no moja las paredes de un recipiente.
• Es un excelente conductor de calor.
• Se lo puede obtener de la naturaleza muy fácilmente y con un elevado grado de pureza.

El termómetro de mercurio está formado por:

1. Un dispositivo o bulbo de vidrio que contiene mercurio.
2. El bulbo se prolonga en un tubo capilar, también de vidrio, por cuyo interior se desplaza el mercurio.
3. Una escala graduada. En el caso de los termómetros de precisión, esta escala está grabada sobre el tubo de vidrio.

Escalas Termométricas

Existen varias escalas utilizadas para cuantificar la temperatura:

Escala Centígrada (Celsius)

• Punto Superior (Ebullición): El correspondiente al punto de ebullición del agua destilada hirviendo a presión normal, denominándolo 100 °C.
• Punto Inferior (Congelación): El correspondiente al punto de solidificación o de fusión del agua destilada a presión normal, llamándolo 0 °C.

En la escala centígrada, el número de grados que hay entre 0 y 100 es evidentemente 100.

Escala Fahrenheit

• Punto Inferior (Congelación): El de solidificación de una mezcla de una sal y hielo en ciertas proporciones, llamando a ese punto 0 °F.
• Punto Superior (Ebullición): Adoptó el punto de ebullición del agua destilada a presión normal (igual al de la escala centígrada), pero a ese punto le fijó arbitrariamente el número 212 °F.

En la escala Fahrenheit, en el mismo intervalo que en la centígrada (entre 32 °F y 212 °F), hay 180 grados.

Equivalencia de Intervalos

Entonces, 100 grados en la escala centígrada equivalen a 180 grados en la escala Fahrenheit.

Dilatación en los Sólidos

Los átomos que integran la estructura de la mayoría de los sólidos están distribuidos de forma regular y ordenada, conformando lo que se denomina una red cristalina. Se mantienen juntos por la acción de fuerzas de origen eléctrico, asemejándose a "resortes" muy pequeños y rígidos. Cuando la temperatura aumenta, la distancia media entre los átomos también aumenta, y en consecuencia, se produce la dilatación de todo el cuerpo sólido en todas direcciones y sentidos.

Calorimetría: Medición del Calor

La calorimetría tiene por objetivo medir la cantidad de calor que resulta de diversos procesos y determinarlas.

Concepto de Calor

El calor es una energía que se genera a partir de las reacciones químicas o nucleares que se dilatan de manera electromagnética.

Concepto de Temperatura

La temperatura es una magnitud referida fácilmente a la escala de frialdad de una sustancia, en una escala relacionada con la energía interna de la sustancia.

Dependencia de la Temperatura

Según la cantidad y el tiempo que se suministra calor a una sustancia, su temperatura llegará a diferentes escalas. Si en un recipiente calentamos 1 litro, 2 litros, 3 litros, etc., será mayor la cantidad de tiempo que le daremos calor al recipiente para llegar a un mismo valor de temperatura.

Si colocamos en dos recipientes una determinada masa de agua en uno de ellos y la misma masa de otra sustancia (mercurio, por ejemplo) en el otro, y les proporcionamos calor, podemos comprobar que en el mismo intervalo de tiempo el mercurio se calienta más rápidamente, señalando una mayor temperatura.

Caloría

La caloría es la cantidad de calor que se debe suministrar a un gramo de masa de agua para que su temperatura varíe en un grado centígrado.

Calor Específico

El calor específico es la cantidad de calor que absorbe un gramo de masa de dicha sustancia para variar su temperatura en un grado centígrado.

El calor específico de los cuerpos nos permite distinguirlos como:

• Buenos conductores de calor.
• Malos conductores de calor.