Equipo:

7

Universidad VeracruzanaFacultad de Ingeniera Mecnica Elctrica REGIN: Poza Rica Tuxpan

Ex Educativa: Tema: Catedrtico: Integrantes:

Termodinmica. Termometra Ing. Valencia Gutirrez Cesar Ignacio. Villegas Cervantes Jonathan. Contreras Arroyo Luis Fernando. Jurez Prez Luis Octavio. Aguilerio Gutirrez Uriel. Casados Valderrbanos Marco Aurelio.

1

NDICEIntroduccin. ................................................................................................................................. 3 Conceptos y definiciones de temperatura...4 Nociones generales.................................................................................................................... 5 Definicin formal ...................................................................................................................... 6 Ley cero de la termodinmica ............................................................................................... 6 Segunda ley de la termodinmica .......................................................................................... 7 Escalas de temperatura...................9 Termmetros........................................................................................................................... 12 Termmetros de contacto .................................................................................................. 12 Termmetros sin contacto .................................................................................................. 18 Cero absoluto y temperatura absoluta..20

Definiciones ............................................................................................................................ 20 Mediante Gases Ideales ....................................................................................................... 20 Mediante la Cintica Molecular .......................................................................................... 20 Mediante la Ley de Stefan-Boltzmann ................................................................................ 21 Conclusin ................................................................................................................................... 22

2

Introduccin.Of all the physical properties, the temperature is undoubtedly one of the most frequently used. Variable may be the more decisively determine the properties of matter, to determine the internal pressure of a body in certain conditions, characteristics of an element given a certain temperature (phase changes, etc.). However, assigning a numerical value to a temperature poses a major problem. In fact, most physical quantities are usually defined by a numerical value obtained by comparison with another, taken as a reference. This means that are multiples of a given variable, which means that the property in question is quantified (extensive quantities). This is not the case because the temperatures to determine the values do not divide or multiply. It is rather a linear function because of this dilemma of not being able to divide or multiply by a number of temperature value (intensive quantities), had to be determined based on studies which underlie the development of temperature scales.

Thus was born the thermometry and that is what we will learn in this report. With our touch we can detect a certain extent when a body has a different thermal state than another. So we realize if the iron works, if the beer is cold or if someone has a fever.

Following the limitations of the body to quantify these measurements, it appears necessary scientific and technical measure these thermal states. Thermometry is responsible for measuring the temperature of bodies or systems. To this end, we use a thermometer, an instrument based on the expansion property of bodies by heat.

3

Conceptos y definiciones de temperaturaLa temperatura es una magnitud referida a las nociones comunes de caliente o fro. Por lo general, un objeto ms "caliente" que otro puede considerarse que tiene una temperatura mayor, y si es fro, se considera que tiene una temperatura menor. En fsica, se define como una magnitud escalar relacionada con la energa interna de un sistema termodinmico, definida por el principio cero de la termodinmica. Ms especficamente, est relacionada directamente con la parte de la energa interna conocida como "energa sensible", que es la energa asociada a los movimientos de las partculas del sistema, sea en un sentido traslacional, rotacional, o en forma de vibraciones. A medida de que sea mayor la energa sensible de un sistema, se observa que ste se encuentra ms "caliente"; es decir, que su temperatura es mayor. En el caso de un slido, los movimientos en cuestin resultan ser las vibraciones de las partculas en sus sitios dentro del slido. En el caso de un gas ideal monoatmico se trata de los movimientos traslacionales de sus partculas (para los gases multiatmicos los movimientos rotacional y vibracional deben tomarse en cuenta tambin). Dicho lo anterior, se puede definir la temperatura como la cuantificacin de la actividad molecular de la materia. El desarrollo de tcnicas para la medicin de la temperatura ha pasado por un largo proceso histrico, ya que es necesario darle un valor numrico a una idea intuitiva como es lo fro o lo caliente. Multitud de propiedades fisicoqumicas de los materiales o las sustancias varan en funcin de la temperatura a la que se encuentren, como por ejemplo su estado (slido, lquido, gaseoso, plasma), su volumen, la solubilidad, la presin de vapor, su color o la conductividad elctrica. As mismo es uno de los factores que influyen en la velocidad a la que tienen lugar las reacciones qumicas. La temperatura se mide con termmetros, los cuales pueden ser calibrados de acuerdo a una multitud de escalas que dan lugar a unidades de medicin de la temperatura. En el Sistema Internacional de Unidades, la unidad de temperatura es el kelvin (K), y la escala correspondiente es la escala Kelvin o escala absoluta, que asocia el valor "cero kelvin" (0 K) al "cero absoluto", y se grada con un tamao de grado igual al del grado Celsius. Sin embargo, fuera del mbito cientfico el uso de otras escalas de temperatura es comn. La escala ms extendida es la escala Celsius (antes llamada centgrada); y, en mucha menor medida, y prcticamente slo en los Estados Unidos, la escala Fahrenheit. Tambin se usa a veces la escala Rankine (R) que establece su punto de referencia en el mismo punto de la escala Kelvin, el cero absoluto, pero con un tamao de grado igual al de la Fahrenheit, y es usada nicamente en Estados Unidos, y slo en algunos campos de la ingeniera.

4

Nociones generalesLa temperatura es una propiedad fsica que se refiere a las nociones comunes de calor o ausencia de calor, sin embargo su significado formal en termodinmica es ms complejo, a menudo el calor o el fro percibido por las personas tiene ms que ver con la sensacin trmica (ver ms abajo), que con la temperatura real. Fundamentalmente, la temperatura es una propiedad que poseen los sistemas fsicos a nivel macroscpico, la cual tiene una causa a nivel microscpico, que es la energa promedio por partcula. Al contrario de otras cantidades termodinmicas como el calor o la entropa, cuyas definiciones microscpicas son vlidas muy lejos del equilibrio trmico, la temperatura slo puede ser medida en el equilibrio, precisamente porque se define como un promedio. La temperatura est ntimamente relacionada con la energa interna y con la entalpa de un sistema: a mayor temperatura mayores sern la energa interna y la entalpa del sistema. La temperatura es una propiedad intensiva, es decir que no depende del tamao del sistema, sino que es una propiedad que le es inherente y no depende ni de la cantidad de sustancia ni del material del que este compuesto.

5

Definicin formalLey cero de la termodinmicaUn termmetro debe alcanzar el equilibrio trmico antes de que su medicin sea correcta. Antes de dar una definicin formal de temperatura, es necesario entender el concepto de equilibrio trmico. Si dos partes de un sistema entran en contacto trmico es probable que ocurran cambios en las propiedades de ambas. Estos cambios se deben a la transferencia de calor entre las partes. Para que un sistema est en equilibrio trmico debe llegar al punto en que ya no hay intercambio neto de calor entre sus partes, adems ninguna de las propiedades que dependen de la temperatura debe variar. Una definicin de temperatura se puede obtener de la Ley cero de la termodinmica, que establece que si dos sistemas A y B estn en equilibrio trmico, con un tercer sistema C, entonces los sistemas A y B estarn en equilibrio trmico entre s.[1] Este es un hecho emprico ms que un resultado terico. Ya que tanto los sistemas A, B, y C estn todos en equilibrio trmico, es razonable decir que comparten un valor comn de alguna propiedad fsica. Llamamos a esta propiedad temperatura. Sin embargo, para que esta definicin sea til es necesario desarrollar un instrumento capaz de dar un significado cuantitativo a la nocin cualitativa de sa propiedad que presuponemos comparten los sistemas A y B. A lo largo de la historia se han hecho numerosos intentos, sin embargo en la actualidad predominan el sistema inventado por Anders Celsius en 1742 y el inventado por William Thomson (mejor conocido como lord Kelvin) en 1848.

6

Segunda ley de la termodinmicaTambin es posible definir la temperatura en trminos de la segunda ley de la termodinmica, la cual dice que la entropa de todos los sistemas, o bien permanece igual o bien aumenta con el tiempo, esto se aplica al Universo entero como sistema termodinmico.[2] La entropa es una medida del desorden que hay en un sistema. Este concepto puede ser entendido en trminos estadsticos, considere una serie de tiros de monedas. Un sistema perfectamente ordenado para la serie, sera aquel en que solo cae cara o solo cae cruz. Sin embargo, existen mltiples combinaciones por las cuales el resultado es un desorden en el sistema, es decir que haya una fraccin de caras y otra de cruces. Un sistema desordenado podra ser aquel en el que hay 90% de caras y 10% de cruces, o 60% de caras y 40% de cruces. Sin embargo es claro que a medida que se hacen ms tiros, el nmero de combinaciones posibles por las cuales el sistema se desordena es mayor; en otras palabras el sistema evoluciona naturalmente hacia un estado de desorden mximo es decir 50% caras 50% cruces de tal manera que cualquier variacin fuera de ese estado es altamente improbable. Para dar la definicin de temperatura con base en la segunda ley, habr que introducir el concepto de mquina trmica la cual es cualquier dispositivo capaz de transformar calor en trabajo mecnico. En particular interesa conocer el planteamiento terico de la mquina de Carnot, que es una mquina trmica de construccin terica, que establece los lmites tericos para la eficiencia de cualquier mquina trmica real.

Aqu se muestra la mquina trmica descrita por Carnot, el calor entra al sistema a travs de una temperatura inicial (aqu se muestra comoTH) y fluye a travs del mismo obligando al sistema a ejercer un trabajo sobre sus alrededores, y luego pasa al medio fro, el cual tiene una temperatura final (TC). En una mquina trmica cualquiera, el trabajo que esta realiza corresponde a la diferencia entre el calor que se le suministra y el calor que sale de ella. Por lo tanto, la eficiencia es el trabajo que realiza la mquina dividido entre el calor que se le suministra:

(1) Donde Wci es el trabajo hecho por la mquina en cada ciclo. Se ve que la eficiencia depende slo de Qi y de Qf. Ya que Qi y Qf corresponden al calor transferido a las temperaturas Ti y Tf, es razonable asumir que ambas son funciones de la temperatura:

7

(2) Sin embargo, es posible utilizar a conveniencia, una escala de temperatura tal que

(3) Sustituyendo la ecuacin (3) en la (1) relaciona la eficiencia de la mquina con la temperatura:

(4) Hay que notar que para Tf = 0 K la eficiencia se hace del 100%, temperaturas inferiores producen una eficiencia an mayor que 100%. Ya que la primera ley de la termodinmica prohbe que la eficiencia sea mayor que el 100%, esto implica que la mnima temperatura que se puede obtener en un sistema microscpico es de 0 K. Reordenando la ecuacin (4) se obtiene:

(5) Aqu el signo negativo indica la salida de calor del sistema. Esta relacin sugiere la existencia de una funcin de estado S definida por:

(6) Donde el subndice indica un proceso reversible. El cambio de esta funcin de estado en cualquier ciclo es cero, tal como es necesario para cualquier funcin de estado. Esta funcin corresponde a la entropa del sistema, que fue descrita anteriormente. Reordenando la ecuacin siguiente para obtener una definicin de temperatura en trminos de la entropa y el calor:

(7) Para un sistema en que la entropa sea una funcin de su energa interna E, su temperatura esta dada por:

(8) Esto es, el recproco de la temperatura del sistema es la razn de cambio de su entropa con respecto a su energa.

8

Escalas de temperaturaPartiendo de la diferencia de nivel que el mercurio toma, cuando se toma el termmetro en el hielo fundente y cuando lo est entre agua en ebullicin en condiciones normales de presin, por convencin, esta longitud por as decirlo se expresa con distintas divisiones que dan origen a las diferentes escalas termomtricas. En la actualidad se emplean diferentes escalas de temperatura; entre ellas est la escala Celsius tambin conocida como escala centgrada, la escala Fahrenheit, la escala Kelvin, la escala Ranking o la escala termodinmica internacional. En la escala Celsius, el punto de congelacin del agua equivale a 0C, y su punto de ebullicin a 100 C. Esta escala se utiliza en todo el mundo, en particular en el trabajo cientfico. La escala Fahrenheit se emplea en los pases anglosajones para medidas no cientficas y en ella el punto de congelacin del agua se define como 32 F y su punto de ebullicin como 212 F. En la escala Kelvin, la escala termodinmica de temperaturas ms empleada, el cero se define como el cero absoluto de temperatura, es decir, 273,15 C. La magnitud de su unidad, llamada kelvin y simbolizada por K, se define como igual a un grado Celsius. Otra escala que emplea el cero absoluto como punto ms bajo es la escala Ranking, en la que cada grado de temperatura equivale a un grado en la escala Fahrenheit. En la escala Ranking, el punto de congelacin del agua equivale a 492 R, y su punto de ebullicin a 672 R. En la escala Reaumur tambin se pone 0 en el punto de fusin del hielo, pero en el punto de ebullicin del agua se pone 80. En 1933, cientficos de treinta y una naciones adoptaron una nueva escala internacional de temperaturas, con puntos fijos de temperatura adicionales basados en la escala Kelvin y en principios termodinmicos. La escala internacional emplea como patrn un termmetro de resistencia de platino (cable de platino) para Temperaturas entre 190 C y 660 C. Desde los 660 C hasta el punto de fusin del oro (1.063 C) se emplea un termopar patrn: los termopares son dispositivos que miden la temperatura a partir de la tensin producida entre dos alambres de metales diferentes. Ms all del punto de fusin del oro las temperaturas se miden mediante el llamado pirmetro ptico, que se basa en la intensidad de la luz de una frecuencia determinada que emite un cuerpo caliente.

FahrenheitDaniel Gabriel Fahrenheit (16861736) era un fsico Alemn que invent el termmetro de alcohol en 1709 y el termmetro de mercurio en 1714. La escala de temperatura Fahrenheit fue desarrollada en 1724. Fahrenheit originalmente estableci una escala en la que la temperatura de una mezcla de hielo-agua-sal estaba fijada a 0 grados. La temperatura de una mezcla de hielo-agua (sin sal) estaba fijada a 30 grados y la temperatura del cuerpo humano a 96 grados. Fahrenheit midi la temperatura del agua hirviendo a 32F, haciendo que el intervalo entre el punto de ebullicin y congelamiento del agua fuera de 180 grados (y haciendo que la temperatura del cuerpo fuese 98.6F). La escala Fahrenheit es comnmente usada en Estados Unidos.

9

CelsiusAnders Celsius (17011744) fue un astrnomo suizo que invent la escala centgrada en 1742. Celsius escogi el punto de fusin del hielo y el punto de ebullicin del agua como sus dos temperaturas de referencia para dar con un mtodo simple y consistente de un termmetro de calibracin. Celsius dividi la diferencia en la temperatura entre el punto de congelamiento y de ebullicin del agua en 100 grados (de ah el nombre centi, que quiere decir cien, y grado). Despus de la muerte de Celsius, la escala centgrada fue llamada escala Celsius y el punto de congelamiento del agua se fijo en 0C y el punto de ebullicin del agua en 100C. La escala Celsius toma precedencia sobre la escala Fahrenheit en la investigacin cientfica porque es ms compatible con el formato basado en los decimales del Sistema Internacional (SI) del sistema mtrico. Adems, la escala de temperatura Celsius es comnmente usada en la mayora de pases en el mundo, aparte de Estados Unidos.

KelvinLa tercera escala para medir la temperatura es comnmente llamada Kelvin (K). Lord William Kelvin (18241907) fue un fsico Escocs que invent la escala en 1854. La escala Kelvin est basada en la idea del cero absoluto, la temperatura teortica en la que todo el movimiento molecular se para y no se puede detectar ninguna energa (ver la Leccin de Movimiento). En teora, el punto cero de la escala Kelvin es la temperatura ms baja que existe en el universo: 273.15C. La escala Kelvin usa la misma unidad de divisin que la escala Celsius. Sin embargo vuelve a colocar el punto cero en el cero absoluto: 273.15C. Es as que el punto de congelamiento del agua es 273.15 Klvines (las graduaciones son llamadas Klvines en la escala y no usa ni el trmino grado ni el smbolo ) y 373.15 K es el punto de ebullicin del agua. La escala Kelvin, como la escala Celsius, es una unidad de medida estndar del SI, usada comnmente en las medidas cientficas. Puesto que no hay nmeros negativos en la escala Kelvin (porque tericamente nada puede ser ms fro que el cero absoluto), es muy conveniente usar la escala Kelvin en la investigacin cientfica cuando se mide temperatura extremadamente baja.

10

Relaciones entre las escalas.Ya que la misma longitud, dilatacin entre los puntos fijos, se divide en diferentes clases de divisiones, es natural que esas divisiones no siendo iguales deban tener entre s una relacin matemtica sencilla. En efecto, la misma longitud, comprende: 100 grados de Celsius; 80 grados de Reaumur; 180 grados de Fahrenheit; 100 grados Kelvin; 180 grados Rankine. De estas cifras, se desprende la siguiente proporcin: 100 C = 80 R = 180F = 100K = 180 RA. O lo que es lo mismo: 5C = 4 R = 9F = 5K = 9RA.

11

Instrumentos para medicin de temperaturaTermmetrosEn general los termmetros pueden clasificarse en dos grupos:

Termmetros de contacto; que son aquellos cuyo elemento sensor est en contacto ntimo o colocado dentro del mismo ambiente que el cuerpo cuya temperatura se quiere conocer. Termmetros sin contacto; que funcionan midiendo algn parmetro a distancia del cuerpo.

Termmetros de contactoEstos termmetros como lo indica su nombre, determinan la temperatura a medir teniendo contacto con el cuerpo, o colocados dentro del mismo ambiente donde est este. Lo comn es que tengan un elemento sensor con alguna propiedad variable con la temperatura y que esta variacin se refleje en una escala graduada directamente en las unidades correspondientes. Aunque son muchos los elementos medibles que guardan relacin con la temperatura, en la prctica los ms utilizados son:

Midiendo la altura de la columna de un lquido dentro de un tubo capilar (termmetros de columna). Midiendo la presin de un gas confinado a un recipiente cerrado. (termmetros a presin de gases). Midiendo la presin de vapor de un lquido confinado a un recipiente cerrado (termmetros a presin de vapor de lquido). Midiendo la resistencia elctrica de un conductor o semi-conductor (termmetros de termo resistencia). Utilizando la deformacin de una lmina bimetlica (termmetros bimetlicos). Midiendo el voltaje generado por un termopar. (termmetros a termopares).

12

Termmetros de columna.La gran mayora de las sustancias se dilatan a dimensiones mayores cuando se calientan y se contraen a las dimensiones anteriores si se enfran a la misma temperatura anterior, este efecto se utiliza para construir los termmetros de columna. Estos termmetros constan de un tubo capilar (muy fino) de vidrio cerrado en un extremo, y con un bulbo lleno de lquido coloreado en el otro, al que se le ha practicado vaco. Este capilar se coloca fijo en un cuerpo que contiene una escala graduada en grados en la escala correspondiente. Cuando el lquido se calienta, se dilata, y sube por el capilar formando una columna coloreada de mayor o menor altura de acuerdo al valor de la temperatura. En la figura 1 puede apreciarse uno de estos termmetros. El valor sealado en la escala por la propia columna corresponde a la temperatura a que est sometido el bulbo. El punto de solidificacin y ebullicin del lquido utilizado debe estar alejado del rango de utilizacin del termmetro para evitar que estos estados, que lo hacen inoperante, se alcancen durante el trabajo del aparato. Es importante tambin que la dilatacin del lquido en todo el rango de utilizacin sea exactamente proporcional a la temperatura para lograr una escala con las divisiones a la misma distancia. Los lquidos ms comnmente utilizados son el mercurio de color plateado y el alcohol coloreado, generalmente de rojo. Observe en la figura 1 el bulbo lleno de lquido rojo en la parte inferior, y como la forma del capilar se ha construido de manera que amplifica como un si fuera una lente, el ancho aparente de la columna en la zona de medicin para facilitar la lectura. En este caso se representa uno de los termmetros utilizados para medir la temperatura ambiente y est graduado en ambas escalas, Celsius y Fahrenheit.

13

Termmetros a presin de gasesEn la figura 2 se muestra un esquema de un termmetro a presin de gases. El elemento de medicin es un medidor de presin (manmetro). Un bulbo lleno con gas es la parte principal del sensor de temperatura que se coloca dentro del volumen al que quiere medirse la temperatura. Un fino tubo capilar conduce la presin del gas en el bulbo al manmetro, cuya escala ya ha sido calibrada en grados de temperatura. Los gases al calentarse y enfriarse se dilatan y contraen, y como en este caso, el gas de trabajo est confinado a un volumen cerrado el efecto que se produce es el incremento y la disminucin de la presin cuando se incrementa y reduce la temperatura. Para rellenar los termmetros a presin de gases se usan gases que se comporten lo mejor posible como gas ideal en el rango de temperaturas para el que se utilizar el termmetro, de esta forma se obtiene un comportamiento proporcional Figura entre temperatura y presin, al ser el volumen constante, por lo que las divisiones en la escala estn a la misma distancia. Estos termmetros presentan la ventaja sobre los de columna de lquido, de que la medicin puede realizarse a distancia alargando el tubo capilar. La longitud del tubo capilar tiene un lmite, ya que si es muy largo, la cantidad de gas contenida en l puede ser comparable con la del bulbo e introducir errores en la medicin con los cambios de temperatura del ambiente al que est sometido el capilar. Esto significa que para que un termmetro de gases sea preciso, la Figura 2 cantidad de gas en el sensor debe ser muy superior a la del tubo capilar. En la figura 2 puede apreciarse una vista real de uno de estos termmetros.

2

14

Termmetros a presin de vaporLos termmetros a presin de vapor de lquido tienen la misma construccin de los de presin de gases como se muestra en la figura 4, excepto que el bulbo est lleno con un lquido voltil. Otra diferencia significativa con el termmetro a gases es que en este caso la escala no est dividida a distancias iguales, debido a que la presin de vapor de los lquidos, de acuerdo al diagrama de fases, no cambia de forma proporcional con la temperatura. Este fenmeno de la falta de proporcionalidad puede ser conveniente en los casos donde una zona de alta temperatura se monitorea, por ejemplo la temperatura de un proceso, en la zona de temperatura baja que no es importante, el movimiento de la aguja es poco y por tanto tambin la precisin, pero cuando la temperatura sube, que es la zona de inters, el movimiento relativo de la aguja con respecto al cambio de temperatura crece y con ella la exactitud de medicin. Figura 4

Termmetros bimetlicosLos termmetros bimetlicos son muy frecuentes por su simplicidad y larga vida til. Son suficientemente precisos para la mayora de las aplicaciones domsticas donde no es necesaria una gran exactitud. En la figura 5 se muestra un esquema de la construccin de estos termmetros. Un puntero indicador se monta en uno de los extremos de una lmina bimetlica arrollada en espiral y el otro extremo de la lmina se fija al cuerpo del instrumento. Cuando cambia la temperatura, la deformacin de la lmina tiende a enrollar Figura y desenrollar la el espiral produciendo el movimiento del puntero. Una escala calibrada en grados de temperatura detrs del puntero completa el instrumento.

5

15

Termmetros a termo resistenciaEstos termmetros se basan en el cambio de resistencia elctrica de las sustancias conductoras de la electricidad cuando cambia su temperatura. Como elemento sensor de estos termmetros pueden usarse conductores metlicos o semiconductores. Los conductores metlicos cambian ligeramente su resistencia elctrica cuando cambian de temperatura; casi universalmente, se produce un aumento de resistencia cuando aumenta la temperatura. Los semiconductores tienen el efecto contrario, disminuyen notablemente la resistencia elctrica con el aumento de la temperatura. Para construir uno de estos termmetros se coloca la resistencia dentro de un cuerpo para fabricar el sensor y se conectan a travs de cables a un dispositivo de medir la resistencia ya calibrado en grados de temperatura. La magnitud del cambio de resistencia con la temperatura de ambos mtodos es muy diferente, los conductores cambian muy poco, por lo que el instrumento para medir el cambio debe ser muy sensible, mientras que los semiconductores cambian mucho ms, y el dispositivo de medicin puede ser mas basto. Veamos: La figura 7 muestra un esquema elctrico de los utilizados para la medicin de temperatura con termo resistencias de conductores. Para ello se construye un puente de Wheatstone como se muestra. Este circuito tiene la propiedad de que si las cuatro resistencias son iguales (puente balanceado) el voltmetro marca 0 voltios, pero si cambia el valor de una de ellas se refleja un valor de voltaje en el instrumento. Utilizando esta propiedad, se construye un puente con tres resistencias iguales y la termo resistencia en la cuarta rama; el valor de la termo resistencia a temperatura cero, de acuerdo a la escala Figura a utilizar, es igual al de las tres resistencias restantes por lo que el voltmetro marcara cero voltios, equivalente a cero grados de temperatura en la escala. Cuando cambie la temperatura cambiar el valor de la termo resistencia y se generar un voltaje proporcional, si se calibra la escala directamente en grados de temperatura, tendremos un termmetro. Uno de los conductores utilizados con frecuencia para la construccin de estas

7

16

termo resistencias es el platino, que tiene elevada resistencia a la corrosin y poca reactividad qumica as como un alto punto de fusin hacen que estos aparatos de medicin de temperatura encuentren aplicacin para la medicin de altas temperaturas en la industria. la figura 8 muestra un esquema de uno de los procedimientos utilizados para la medicin de temperatura con termo resistencias de semi conductores. En este caso el cambio de resistencia es suficiente como para utilizar un miliampermetro para determinar el cambio de la intensidad de la corriente con el cambio de la resistencia y calibrar la escala en grados de Figura temperatura. Debe tenerse en cuenta que la corriente utilizada no debe ser tan alta como para producir calentamiento de la termo resistencia ya que si esto pasa, ser interpretado como un falso aumento de la temperatura a medir. Usando el circuito de la figura 9 se minimiza este efecto negativo al estar un resistencia fija en serie con la termo resistencia.

8

Figura 9

17

Termmetros a termoparesCuando se sueldan en un extremo dos conductores de diferente naturaleza, y esta unin soldada se somete a una temperatura diferente a la de los extremos libres se produce una pequea diferencia de voltaje en estos extremos libres. Este dispositivo se conoce como termopar. El voltaje generado guarda una relacin fija con la diferencia de temperatura entre el extremo libre y la unin soldada, por lo que puede servir para construir un termmetro; simplemente colocando un milivoltmetro con la escala calibrada en grados de temperatura a medir el voltaje generado. Hay que tener en cuenta que la magnitud del voltaje no depende solo de la temperatura del extremo soldado, si no, de la diferencia de temperatura entre este, y los extremos libres, por lo que si se quiere tener un instrumento exacto debe mantenerse la temperatura del extremo libre constante. Si esta temperatura constante es cero grados entonces la medicin ser mas fcil ya que se parte de una referencia cero.

Termmetros sin contactoEstos termmetros determinan la temperatura del cuerpo a distancia, y se basan en la determinacin de alguna caracterstica del cuerpo que cambie con la temperatura sin hacer contacto con l, aquellos que se usan para medir temperaturas altas y medianamente altas (unos 600 grados Celsius o ms) se denominan pirmetros. En general son aparatos pticos ms complejos y su uso es ms especializado, por lo que en estas pginas solo se har breve referencia a ellos. Las caractersticas utilizadas para la determinacin de la temperatura con estos termmetros ms comunes son:

Medicin de la radiacin electromagntica visible emitida por el cuerpo caliente (pirmetros de radiacin visible). Medicin de la absorcin de radiaciones electromagnticas por el cuerpo caliente (pirmetros de absorcin-emisin). Medicin de la radiacin infrarroja emitida por el cuerpo caliente (termmetros de radiacin infrarroja)

Pirmetros de radiacinSe emplean para medir temperaturas altas. Se basan en la radiacin visible emitida por objetos muy calientes (incandescentes). Para medir la temperatura de un metal incandescente, se observa ste a travs del pirmetro, en el campo visual del instrumento hay una lmpara con filamento de tungsteno. Girando un botn graduado en grados de temperatura se suministra mas o menos voltaje al filamento y con ello se cambia su color de incandescencia, mientras pueda observarse el filamento es porque su color es diferente al del metal cuya temperatura quiere medirse (fondo). En el momento en que desaparezca el filamento del campo visual se han igualado las temperaturas y la escala del botn nos mostrar la temperatura.

18

Pirmetros de absorcin-emisinSe utilizan para determinar la temperatura de gases. Estos pirmetros se basan en el hecho de que los gases pueden absorber en mayor o menor medida las radiaciones electromagnticas de ciertas longitudes en dependencia de su temperatura. Para la medicin, el pirmetro emite un haz de radiaciones electromagnticas calibradas que se hacen pasar a travs del gas, luego se mide la intensidad y se compara con la original, las prdidas de radiacin permiten obtener la temperatura del gas.

Termmetros de radiacin infrarroja.Todos los cuerpos en dependencia de la temperatura emiten radiaciones electromagnticas el exterior, cuando la temperatura llega a determinado valor medianamente alto (aproximadamente a los 450 grados Celsius) esta emisin comienza a hacerse visible como roja (zona visible del espectro), y si nos acercamos al cuerpo caliente en estas condiciones sentiremos en la piel la radiacin como calor, aunque no tengamos contacto con l. Para valores de calentamiento algo menores sigue presente la radiacin, y aunque no podamos verla como emisin de luz roja, aun podemos sentirla en la piel si nos acercamos lo suficiente. Estas radiaciones no visibles se llaman radiaciones infrarrojas (por debajo del rojo). Los termmetro infrarrojos pueden detectar las radiaciones no visibles y convertirlas a un valor de temperatura en una escala o en una pantalla digital utilizando captadores muy sensibles que pueden determinar las radiaciones de cuerpos relativamente fros. Son aparatos electrnicos bastante complejos.

19

Cero absoluto y temperatura absolutaLa Temperatura absoluta es el valor de la temperatura medida con respecto a una escala que comienza en el cero absoluto (0 K 273,15 C). Se trata de uno de los principales parmetros empleados en termodinmica y mecnica estadstica. En el Sistema Internacional de Unidades se expresa en kelvin, cuyo smbolo es K.[1]

DefinicionesMediante Gases IdealesLa ley de Charles y Gay-Lussac establece que un gas ideal con masa y presin constantes muestra la siguiente relacin invariante respecto a su volumen y temperatura:

La invariancia de la razn V/T indica que el volumen del gas es proporcional a su temperatura y sirve como fundamento para una definicin de temperatura absoluta basada en los gases ideales.

Mediante la Cintica MolecularLa teora cintica de los gases (mecnica estadstica) establece que la energa cintica media de la traslacin de una molcula es directamente proporcional a la temperatura absoluta del gas. La relacin se establece mediante la denominada constante de Boltzmann representada como k. De esta forma se deduce que la energa cintica media Km de las molculas de un gas, es:

Como la energa cintica media es proporcional a su masa y al cuadrado de la velocidad media vm de la de las molculas del gas ( ), se deduce que:

Comprobndose que en un gas la velocidad media de desplazamiento de las molculas es proporcional a la raz cuadrada de su temperatura absoluta (si se duplica la velocidad, la temperatura absoluta se cuadriplica).

20

Mediante la Ley de Stefan-BoltzmannLa ley de Stefan-Boltzmann, que indica la emisin de energa electromagntica de un cuerpo negro, establece una relacin entre la temperatura y la potencia emitida.

Donde es la Constante de Boltzmann, si la cantidad Eb es la velocidad a la que libera energa por unidad de rea (W/m2) el cuerpo negro incandescente, se puede ver que la relacin depende de la potencia cuarta de la temperatura absoluta.

21

ConclusinThermometry is vital when measuring temperature of a substance. Through this experience I have come to appreciate the wide variety of thermometers that exist and identify under what conditions can be used.

In the laboratory, we have come to appreciate q boiling point of water is equal to the theoretical and this, the pilot slightly lower and close to 95 C, this can be caused by atmospheric pressure conditions where we can see that water can boil at 95 C in areas of higher than sea level, hence lower atmospheric pressure. Another factor may be the composition of drinking water can give us a margin of error of around 2%, this factor is ruled out because it runs along the margin of error of 5%.

Based on our knowledge of temperature, a graph of temperature and time for the water should be as follows: Because all the graphics are far to the statement recently. It points to the fluke as the most accurate thermometer for its manufacturing conditions, knowledge of experience which has yielded better precision of this thermometer. Due to the scarcity of tools and because they are not optimal conditions for this experiment is assumed that this curve can be altered. Being also in the case of the other thermometers more similar to a line.

All thermometers showed quite noticeable deviations with respect to the thermistor fluke some having more error at the beginning of the measurements and other in the final. Was decided to cancel the infrared thermometer measurements include an error by over 100% which is already a parameter too inaccurate and unhelpful for a measurement.

22