Trabajo de Física
Termómetros. Tipos
Alumno: Espinoza Maximiliano.
1ro 2da

Termómetros de líquido

Los termómetros de líquido encerrado en vidrio son, ciertamente, los más familiares: el de mercurio se emplea mucho para tomar la temperatura de las personas, y, para medir la de interiores, suelen emplearse los de alcohol coloreado en tubo de vidrio.

Los de mercurio pueden funcionar en la gama que va de -39 °C (punto de congelación del mercurio) a 357 °C (su punto de ebullición), con la ventaja de ser portátiles y permitir una lectura directa. No son, desde luego, muy precisos para fines científicos.

Termómetros de gas

El termómetro de gas de volumen constante es muy exacto, y tiene un margen de aplicación extraordinario: desde - 27 °C hasta 1477 °C. Pero es más complicado, por lo que se utiliza más bien como un instrumento normativo para la graduación de otros termómetros.

El termómetro de gas a volumen constante se compone de una ampolla con gas -helio, hidrógeno o nitrógeno, según la gama de temperaturas deseada- y un manómetro medidor de la presión. Se pone la ampolla del gas en el ambiente cuya temperatura hay que medir, y se ajusta entonces la columna de mercurio (manómetro) que está en conexión con la ampolla, para darle un volumen fijo al gas de la ampolla. La altura de la columna de mercurio indica la presión del gas. A partir de ella se puede calcular la temperatura.

En un termómetro de gas de volumen constante el volumen del hidrógeno que hay en una ampolla metálica se mantiene constante levantando o bajando un depósito. La altura del mercurio del barómetro se ajusta entonces hasta que toca justo el indicador superior: la diferencia de los niveles (h) indica entonces la presión del gas y, a su través, su temperatura.


Termómetros de resistencia de platino

El termómetro de resistencia de platino depende de la variación de la resistencia a la temperatura de una espiral de alambre de platino. Es el termómetro más preciso dentro de la gama de -259 °C a 631 °C, y se puede emplear para medir temperaturas hasta de 1127 °C. Pero reacciona despacio a los cambios de temperatura, debido a su gran capacidad térmica y baja conductividad, por lo que se emplea sobre todo para medir temperaturas fijas.

Par térmico

Un par térmico (o pila termoeléctrica) consta de dos cables de metales diferentes unidos, que producen un voltaje que varía con la temperatura de la conexión. Se emplean diferentes pares de metales para las distintas gamas de temperatura, siendo muy amplio el margen de conjunto: desde -248 °C hasta 1477 °C. El par térmico es el termómetro más preciso en la gama de -631 °C a 1064 °C y, como es muy pequeño, puede responder rápidamente a los cambios de temperatura.

Varias sondas termométricas para ser utilizadas con un termómetro digital de termopares de laboratorio

Pirómetros

El pirómetro de radiación se emplea para medir temperaturas muy elevadas. Se basa en el calor o la radiación visible emitida por objetos calientes, y mide el calor de la radiación mediante un par térmico o la luminosidad de la radiación visible, comparada con un filamento de tungsteno incandescente conectado a un circuito eléctrico. El pirómetro es el único termómetro que puede medir temperaturas superiores a 1477 °C.

La temperatura del interior de un horno se mide con un termómetro de radiación o pirómetro


TERMOMETROS DE DILATACIÓN

Termómetros de líquido en vidrio

El vidrio del termómetro debe elegirse por su estabilidad y debe estar bien recocido. El bulbo, a altas temperaturas y presiones, está expuesto a aumento permanente de volumen, ocasionando que la indicación del termómetro sea más baja de lo debido.

Los termómetros de mercurio más exactos están graduados y calibrados para inmersión total; esto es, con todo el mercurio, incluyendo el del tubo, a la temperatura que se está: midiendo. Si parte del mercurio de la columna se extiende fuera de la región en que se ha de medir la temperatura, hay que aplicar una corrección a la lectura, basada en la longitud en grados de la columna emergente, en la diferencia de temperatura entre la columna emergente y el bulbo y en la ditalación relativa del mercurio y del vidrio.

Termómetro de Beckmann

El termómetro diferencial de Beckmann tiene una escala de 30 cm de largo, aproximadariiente, con una escala total de 5 6 6 grados C. en divisiones. de 0.01 de grado. Está construido de suerte que una parte del mercurio del bulbo puede ser trasladada a un depósito de manera que lleve el extremo de la columna de mercurio a la sección graduada para las zonas de temperaturas en que se han de medir las diferencias. Se emplea sólo para medir diferencias cle temperatura. La exactitud conseguida está entre 0.002 y 0.005 grados en la medida de cualquier intervalo dentro de los límites de la escala.

Termómetro de cinta bimetálica

Este termómetro consiste en una cinta hecha de dos metales de coeficientes de dilatación térmica muy diferente, tales como el Invar y el latón, soldados cara con cara en toda su longitud. La cinta puede ser casi recta o puede formar una espiral para conseguir mayor sensibilidad. Una elevación de temperatura cambia la curvatura de la cinta, puesto que el latón aumenta más rápidamente en longitud que el Invar. Si uno de los extremos es fijo, un indicador unido al extremo libre se mueve sobre una escala graduada en temperaturas o una pluma se mueve sobre una tarjeta movible para registrar la temperatura. Las cintas bimetálicas se emplean para obrar sobre contactos eléctricos que controlan la temperatura de habitaciones, baiíos de aire y hemos. Dentro del intervalo.

Termómetros de sistemas llenos

Termómetros llenos de gas

El termómetro de gas de volumen constante, mencionado al hablar del establecimiento de la escala termodinámica de temperaturas, pertenece a la categoría de tennómetros llenos de gas y es el más exacto de este tipo. Sólo se emplea en los laboratorios de patrones a causa de su complejidad y de su tamaño. Para usos industriales, un termómetro por presión de gas consta de un elemento que mide la presión, como el tubo Bourdon conectado por un tubo capilar a una ampolla que se expone a la temperatura que se ha de medir. El sistema se llena, a presión, con un gas inerte, ordinariamente el nitrógeno. Puesto que la presión del gas en un recipiente cerrado es proporcional a su temperatura absoluta, el elemento medidor puede ser calibrado en grados de temperatura con una escala dividida uniformemente. Como el gas del elemento medidor y del tubo de conexión no está a la temperatura del bulbo, el volumen de éste tiene que ser grande para que los errores introducidos por la diferencia de temperatura del elemento medidor de la presión y del tubo capilar resulten insignificantes. El bulbo debe tener por lo menos cuarenta veces el volumen del resto del sistema. Por ello, y a causa del retardo en la transmisión de los cambios de presión por el tubo capilar, la longitud de éste se limita a un máximo de 60 m, y es preferible mucho menos.

Termómetros de vapor a presión

Los termómetros de vapor a presión utilizan el hecho de que en una vasija cerrada que no contiene más que un líquido y su vapor, llenando el líquido sólo parcialmente, el recinto, la presión es dependiente solamente de la especie del líquido y de su temperatura. Un uso muy extenso se hace de esta relación entre la presión del vapor y la temperatura en la medida y registro de las temperaturas industriales.

El termómetro de presión de vapor (fig. 1) se parece al termómetro de gas a presión en que consta de un bulbo, un tubo de conexión de longitud fija, de 1.5 a 75 m de largo, y un elemento sensible a la presión (fig. 2).

Termómetro de vapor a presión Elemento sensible a la presión

El bulbo está parcialmente ocupado por un líquido con una temperatura de ebullición bastante baja para producir una presión de trabajo de 5 a 35 Kg/cm² en el intervalo de temperaturas a cubrir. El extremo superior de este intervalo debe ser mas bajo que el punto crítico del líquido. Se emplean el cloruro de metilo, el anhídrido sulfuroso, el éter, el alcohol etílico y el tolueno, elegidos para la presión de vapor apropiacla según las relaciones de temperatura, la inercia de los metales empleados (-o el sistema y la disponibilidad del líquido en forma pura. Los citados líquidos cubren una gama de -180 hasta 300 °C.

Termómetros de líquido en dilatación

En un termómetro de líquido en dilatación, el sistema se llena completamente con un líquido apropiado y consiste en un bulbo conectado por tubo capilar a un elemento en forma de hélice o espiral de Bourdon situado en la caja del instrumento. A medida que aumenta la temperatura y se dilata el líquido, la hélice tiende a deshacerse para proporcionar el aumento de volumen y es mayor. La presión de llenado elegida debe ser tal, que la temperatura de ebullición del líquido sea apreciablemente más alta que la mayor temperatura que el sistema haya de medir. Pueden medirse temperaturas desde -1 75 °C. hasta + 300 °C. (550 °C. para el mercurio). Aunque los cambios de volumen son relativamente pequeiios, las fuerzas ejercidas pueden ser grandes para
accionar el elemento, y por consiguiente, este tipo de medida se considera bueno para aparatos reguladores que requieran alto grado de estabilidad.

TERMOMETROS DE RESISTENCIA


Un termómetro de resistencia es un instrumento utilizado para medir las temperaturas aprovechando la dependencia de la resistencia electrica de métales, aleaciones y semiconductores (termistores) con la temperatura; tal es así que se puede utilizar esta propiedad para establecer el caracter del material como conductor, aislante o semiconductor.

NÍQUEL

Mas barato que el Pt y posee una resistencia más elevada con una mayor variación por grado, el interés de este material lo presenta su sensibilidad; hay una falta de linealidad en su relación R - Tª. Efectivamente en el intervalo de temperatura de 0 a 100ºC, la resistencia de Niquel aumenta en un 62% mientras que el Pt solo aumenta en un 38%. Sin embargo los problemas relativos a su oxidación u otro tipo de deterioro químico, limitan su utilización e incluso ponen en peligro la reproducibilidad de sus medidas. Otro problema añadido es la variación que experimenta su coeficiente de resistencia según los lotes fabricados.

COBRE

El cobre tiene una variación de resistencia uniforme en el rango de temperatura cercano a la ambiente; es estable y barato, pero tiene el inconveniente de su baja resistividad, ya que hace que las variaciones relativas de resistencia sean menores que las de cualquier otro metal. Por otra parte sus características químicas lo hacen inutilizable por encima de los 180ºC.

TUNGSTENO

Tiene una sensibilidad térmica superior a la del platino, por encima de 100ºC y se puede utilizar a temperaturas más altas, incluso con una linealidad superior. Asimismo se puede hacer hilo muy fino, de manera que se obtengan resistencias de valor elevado, pero como consecuencia de sus propiedades mecánicas su estabilidad es muy inferior a la del platino. Las técnicas actuales de fabricación de láminas delgadas por evaporación , serigrafía u otro procedimiento ligado a la microelectrónica permiten depositar en superficies muy pequeñas resistencias de los materiales indicados anteriormente.

PIROMETROS

Un pirómetro en un instrumento utilizado para medir, por medios eléctricos, elevadas temperaturas por encima del alcance de los termómetros de mercurio. Este término abarca a los pirómetros ópticos, de radiación, de resistencia y termoeléctricos.

Nos vamos a centrar en los pirómetros de radiación y en los pirómetros ópticos.

Los pirómetros de radiación se fundan en la ley de Stefan - Boltzman y se destinan a medir elevadas temperaturas, por encima de 1600 °C mientras que los pirómetros ópticos se fundan en la ley de distribución de la radiación térmica de Wien y con ellos se han definido puntos por encima de 1063 °C en la Escala Internacional de Temperaturas.

TERMOMETROS MAGNETICOS

A temperaturas próximas al cero absoluto la mayor parte de los métodos mencionados (termómetros de resistencia, pares termoeléctricos, pirómetros de radiación...) resultan ineficaces. En su lugar se utilizan los termómetros magnéticos, basados en la variación con la temperatura de la susceptibilidad magnética , c, de las sales paramagnéticas.

Estas sales siguen la ley de Curie c T = cte. Por lo tanto, para medir la temperatura T, es suficiente determinar la susceptibilidad de la sal paramagnética correspondiente, lo cual se realiza midiento la autoinducción de un arrollamiento que rodea la muestra. El método es particularmente útil en los sistemas que utilizan sales paramagnéticas como refrigerantes para obtención de bajas temperaturas.

TERMOMETROS DE PRESION DE VAPOR

Sirve para la medida práctica de las temperaturas bajas y se han establecido escalas basadas en la presión de vapor del helio-4 y del helio-3, cuyo uso no pasa de ser una recomendación, por el momento.

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