Supongamos que tomo 1 litro de agua y lo mantengo a una presión y temperatura correspondientes al punto triple del agua. ¿Qué fracción de agua se convertirá en hielo, agua y vapor?

Answer 1

En un termómetro de gas de volumen constante, una gran bombilla B de gas, hidrógeno, por ejemplo, bajo una presión establecida se conecta con un “manómetro” lleno de mercurio por medio de un tubo de volumen muy pequeño. (El bulbo B es la parte sensible a la temperatura y debe contener casi todo el hidrógeno). El nivel de mercurio en C puede ajustarse aumentando o disminuyendo el reservorio de mercurio R. La presión del gas hidrógeno, que es la variable “x” en la relación lineal con la temperatura, es la diferencia entre los niveles D y C más el presión por encima de D.

P. Chappuis en 1887 realizó estudios exhaustivos de termómetros de gas con presión constante o con volumen constante utilizando hidrógeno, nitrógeno y dióxido de carbono como medio termométrico. Basándose en sus resultados, el Comité Internacional de Poids et Mesures adoptó la escala de hidrógeno de volumen constante basada en puntos fijos en el punto de hielo (0 ° C) y el punto de vapor (100 ° C) como la escala práctica para la meteorología internacional.

Los experimentos con termómetros de gas han demostrado que hay muy poca diferencia en la escala de temperatura para diferentes gases. Por lo tanto, es posible configurar una escala de temperatura que sea independiente del medio termométrico si es un gas a baja presión. En este caso, todos los gases se comportan como un “gas ideal” y tienen una relación muy simple entre su presión, volumen y temperatura:

pV = (constante) T.

Esta temperatura se llama temperatura termodinámica y ahora se acepta como la medida fundamental de la temperatura. Tenga en cuenta que hay un cero definido naturalmente en esta escala: es el punto en el que la presión de un gas ideal es cero, por lo que la temperatura también es cero. Continuaremos una discusión sobre el “cero absoluto” en una sección posterior. Con esto como un punto en la escala, solo se necesita definir otro punto fijo. En 1933, el Comité Internacional de Pesos y Medidas adoptó este punto fijo como el punto triple del agua, la temperatura a la que el agua, el hielo y el vapor de agua coexisten en equilibrio; su valor se establece en 273.16. La unidad de temperatura en esta escala se llama kelvin, después de Lord Kelvin (William Thompson), 1824-1907, y su símbolo es K (no se usa el símbolo de grado).

Para convertir de Celsius a Kelvin, agregue 273.

K = ° C + 273.

La temperatura termodinámica es la temperatura fundamental; su unidad es el kelvin, que se define como la fracción 1 / 273.16 de la temperatura termodinámica del punto triple del agua.

Sir William Siemens, en 1871, propuso un termómetro cuyo medio termométrico es un conductor metálico cuya resistencia cambia con la temperatura. El elemento platino no se oxida a altas temperaturas y tiene un cambio relativamente uniforme en la resistencia con la temperatura en un amplio rango. El termómetro de resistencia de platino ahora se usa ampliamente como termómetro termoeléctrico y cubre el rango de temperatura de aproximadamente -260 ° C a 1235 ° C.

Se adoptaron varias temperaturas como puntos de referencia principales para definir la Escala Internacional de Temperatura Práctica de 1968. La Escala Internacional de Temperatura de 1990 fue adoptada por el Comité Internacional de Pesas y Medidas en su reunión de 1989. Entre 0.65K y 5.0K, La temperatura se define en términos de las relaciones de presión de vapor – temperatura de los isótopos del helio. Entre 3.0K y el punto triple de neón (24.5561K), la temperatura se define mediante un termómetro de gas helio. Entre el punto triple de hidrógeno (13.8033K) y el punto de congelación de la plata (961.78 ° K), la temperatura se define mediante termómetros de resistencia de platino. Por encima del punto de congelación de la plata, la temperatura se define en términos de la ley de radiación de Planck.

TJ Seebeck, en 1826, descubrió que cuando los cables de diferentes metales se fusionan en un extremo y se calientan, una corriente fluye de uno a otro. La fuerza electromotriz generada puede relacionarse cuantitativamente con la temperatura y, por lo tanto, el sistema se puede usar como un termómetro, conocido como termopar. El termopar se usa en la industria y se utilizan muchos metales diferentes, como platino y platino / rodio, níquel-cromo y níquel-aluminio. El Instituto Nacional de Estándares y Tecnología (NIST) mantiene bases de datos para estandarizar los termómetros.

Para la medición de temperaturas muy bajas, la susceptibilidad magnética de una sustancia paramagnética se utiliza como la cantidad física termométrica. Para algunas sustancias, la susceptibilidad magnética varía inversamente a la temperatura. Se han utilizado cristales como el nitrato de magnesio y óxido de potasio crómico para medir temperaturas de hasta 0.05 K; Estos cristales están calibrados en el rango de helio líquido. Este diagrama y la última ilustración de este texto fueron tomados del Laboratorio de baja temperatura, archivo de imágenes de la Universidad de Tecnología de Helsinki. Para estas temperaturas muy bajas, e incluso más bajas, el termómetro también es el mecanismo de enfriamiento. Varios laboratorios de baja temperatura llevan a cabo interesantes investigaciones teóricas y aplicadas sobre cómo alcanzar las temperaturas más bajas posibles y cómo el trabajo a estas temperaturas puede encontrar aplicación.