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• SANSIMON1968

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UNIDAD 8 / Tema 1

Física

Termómetros Los termómetros se basan en el principio del equilibrio térmico que se establece entre el sensor del aparato de medida de la temperatura y el sistema o cuerpo cuya temperatura se pretende medir. Los termómetros realizan medidas de forma indirecta, puesto que lo que se mide es el valor de una magnitud física que tiene una relación directa y sencilla con la temperatura. Consecuentemente, para construir un termómetro hay que tener en cuenta el calibrado del mismo, es decir, determinar los valores de temperatura para los valores de la magnitud termométrica que se utiliza. Existen muchos tipos diferentes de termómetros.

El dispositivo experimental se hace situando la resistencia en un puente de Wheatstone (sistema equilibrado de resistencias). La corriente que pasa por el amperímetro depende de la resistencia y, en consecuencia, de la temperatura a medir. Tipos especiales de termómetro de resistencia son los termistores, formados por sustancias semiconductoras cuya ley matemática es compleja.

Algunos tipos de termómetros • Termómetro de mercurio. Se basa en la variación de volumen que experimenta el mercurio contenido en una ampolla de vidrio que termina en un tubo de sección muy pequeña o tubo capilar. El mercurio se dilata y la altura que alcanza en el tubo es directamente proporcional a la temperatura de la ampolla o bulbo. Los límites de utilización vienen dados por los puntos de solidificación (–40°C) y ebullición (356°C) del mercurio. Otro termómetro que tiene el mismo fundamento es el termómetro de alcohol, que permite medir temperaturas más bajas (hasta –117°C, punto de solidificación del alcohol etílico).

• Termómetro de resistencia. La propiedad termométrica es la resistencia de un hilo conductor, ya que esta crece con la temperatura según una relación del tipo: R = R0 (1 + at + bt 2) R0 es la resistencia del metal para t = 0°C, y a y b son constantes que dependen del metal y que se determinan experimentalmente. Se utiliza el platino (Pt) principalmente, y en ocasiones el níquel (Ni) y el cobre (Cu).

Otros tipos de termómetros: • Termómetro de gas. La presión de un gas encerrado en un recipiente a volumen constante varía con la temperatura de forma lineal (la gráfica de la presión frente a la temperatura es una recta). Esto permite definir la escala absoluta de temperatura. La magnitud termométrica es la presión que se mide mediante u manómetro.

• Pares termométricos (termopares). Es uno de los instrumentos más usados para la medida de la temperatura. Consta de dos metales o aleaciones distintos, soldados por sus extremos, estando cada uno de estos extremos sometidos a temperaturas distintas. Uno de los extremos está normalmente a 0 ºC y el otro a la temperatura que se pretende medir. En estas condiciones se crea una diferencia de potencial que varía con la temperatura de la soldadura, y se mide con un milivoltímetro que, previamente calibrado, marca la temperatura y constituye, en definitiva, un termómetro.

UNIDAD 8 / Tema 1

Física

Alambre de hierro

Unión de dos metales diferentes

Medida de la temperatura Alambre de cobre

Fuente de calor Voltímetro

Existen termopares de distintos metales y aleaciones dependiendo del margen de temperaturas a medir y de la sensibilidad que se necesite. Los más exactos son los de platino y aleación platino-rodio y los de uso más frecuente son los de cobre-constantán (aleación níquelcobre) y los de hierro-constantán. • Pirómetros ópticos. Se basan en la comparación de la fuente luminosa con otra ajustable y calibrada. Ajustando las luminosidades, el aparato indica la temperatura del cuerpo o sistema. Lógicamente, se utilizan para medir temperaturas muy elevadas (superiores a 1 000°C).

Para medir temperaturas muy pequeñas, próximas al 0 absoluto (–273°C), se usan termómetros magnéticos. Se fundamentan en la variación de una característica magnética de determinadas sustancias. El uso de un tipo de termómetro depende de los valores de temperaturas a medir. En la figura se indican los márgenes operativos de temperaturas, en °C, más adecuados para ser medidos con cada tipo de termómetro. Termómetro de líquido –200

900 Termómetro de metal

–50

500 Termómetro de resistencia

–200

1 000 Termopar

–200 Pirómetro óptico 600

T

3 500 3 500

Propuesta de trabajo 1. ¿Qué propiedades del líquido hacen que se utilice mercurio para los termómetros y no agua? A

• Termómetro bimetálico. Está formado por dos láminas metálicas de coeficientes de dilatación distintos y enrolladas en espiral. Las variaciones de temperatura suponen variaciones distintas de dilatación en cada uno de los dos metales que dan lugar a un giro sobre el eje de la espiral y la aguja solidaria con el mismo.

2. ¿Qué límites de temperatura tendría un termómetro de agua? ¿Por qué? 3. ¿Qué tipo de magnitud termométrica se utiliza en un termómetro clínico y en un termopar? 4. ¿Cómo calibrarías un termómetro? 5. ¿En qué principios físicos se basan los termómetros, independientemente del tipo que sean?

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