Termómetros y escalas

Termómetros y escalas: Resumen histórico

La medición y el control de la temperatura, en la actualidad desempeñan un papel muy importante. En la industria, en los laboratorios científicos, en medicina, y aun en nuestras pro­pias casas, constantemente empleamos termó­metros para medir y controlar la temperatura de una gran variedad de objetos, en las más diver­sas circunstancias.

Termoscopio de Galileo. Las técnicas uti­lizadas en el establecimiento de escalas termo-métricas y en la construcción de termómetros han tenido una notable evolución desde el siglo xvi. El primer termómetro de que se tiene noticia fue construido por Galileo en 1592. Tal instru­mento constaba de un bulbo de vidrio que acababa, en un tubo delgado, cuyo extremo abierto se introducía en un recipiente que con­tenía agua coloreada (Fig. 11-20). Antes de meter el tubo en el agua, Galileo calentaba un poco el bulbo de vidrio para expulsar parte del aire contenido. Luego, al sumergir el tubo el recipiente y cuando la temperatura del bulbo regresaba a su valor inicial, el agua subía por el  tubo (obligada por la presión atmosférica) hasta cierta altura. Evidentemente, este aparato permitía comparar las temperaturas de objetos que se colocaban en contacto con el bulbo, pues la altura de la columna de agua es tanto menor cuanto mayor sea la temperatura del bulbo.

Cuéntase que los médicos de la época empe­zaron a utilizar el termómetro de Galileo para verificar si sus pacientes tenían fiebre. Para esto, colocaban el bulbo en la boca de una persona sana y marcaban el nivel de agua en el tubo. En seguida, colocaban el bulbo en la boca del paciente, y si la columna bajaba respecto del nivel anterior, el médico concluía que la tempe­ratura del paciente estaba arriba de lo normal.

El instrumento de Galileo no era propia­mente un "termómetro", pues no poseía una escala para medir las temperaturas. En realidad, únicamente permitía la comparación de dos Temperaturas, y por ello debemos llamarlo, más apropiadamente, "termoscopio de Galileo".

 Los primeros termómetros de líquido.

In el termoscopio de Galileo, las variaciones de Temperatura eran indicadas por la dilatación o contracción de una masa de aire. El primer termómetro de líquido, semejante a los que se emplean en la actualidad, fue construido por Jean Rey, médico francés, en 1637 (Fig. 11-21). En este termómetro, las variaciones de tempe­ratura se indicaban de manera similar a la de los termómetros actuales, por la dilatación o con­tracción del agua contenida en el recipiente observe en la Figura 11-21, que el extremo superior del tubo termométrico no estaba cerra­do, como en los actuales).

 

Algunos años más tarde, Fernando II, duque de Toscana, interesado en la ciencia, deseaba medir temperaturas por debajo del punto de solidificación del agua; de modo que construyó un termómetro semejante al de Rey, usando alcohol en vez de agua, pues el alcohol se congela a una temperatura mucho más baja que la del agua. Para evitar la evaporación del alcohol, tuvo la idea de cerrar herméticamente la parte superior del tubo, construyendo así un termómetro realmente igual a los que emplea­mos en la actualidad.

El duque Fernando II contribuyó enorme­mente al desarrollo de la termometría, al fundar en Florencia una academia especializada en la construcción de termómetros. Los habilidosos especialistas que trabajaron en esa institución, fueron los primeros en emplear el mercurio como líquido termométrico. Estos termómetros florentinos se emplearon mucho durante más de cien años, y aún en la actualidad podemos encontrar ejemplares de tales instrumentos.

Escalas termométricas. La propuesta de Celsius. Para hacer posible la medición de la temperatura con el empleo de los primeros termómetros construidos, los especialistas trata­ron de establecer escalas termométricas para graduar los instrumentos. Como esta graduación se podía hacer de manera totalmente arbitraria, fueron surgiendo varias escalas, muy diferentes unas de otras. Cada país adoptaba su propia escala, y muchas veces diferentes científicos de un mismo país trabajaban con escalas distintas. A principios del siglo XVIII, existían más de 35 escalas termométricas en uso.

Entre ellas destacaban, y tenían mayor acep­tación, las de Réaumur, Fahrenheit y Celsius. El científico francés Réaumur, en su escala señala­ba con cero el punto de fusión del hielo, y con 80° el punto de ebullición del agua. Este inter­valo estaba dividido en 80 partes iguales, y por tanto, la escala de Réaumur no era "centígrada". La primera escala de 100° fue la que propuso el sueco Anders Celsius, en 1742, que indicaba con 0° el punto de fusión del hielo, y con 100° el punto de ebullición del agua, como ya vimos en este capítulo. Por tal característica fue conocida y empleada extensamente en todo el mundo, llevando el nombre, durante casi 200 años, de "escala centígrada". A partir de 1948, en home­naje a su creador, fue denominada oficialmente "escala Celsius". Esta escala, como sabemos, se escogió en congresos internacionales como la escala patrón que debía ser adoptada para cualquier actividad en todos los países del mundo.

La escala Fahrenheit. A pesar de las convenciones internacionales, algunos países, principalmente los de lengua inglesa, aún con­servan el uso de la escala Fahrenheit, la cual todavía es ampliamente utilizada por la pobla­ción e incluso en trabajos científicos. Como es muy frecuente encontrar en artículos, libros, revistas, etc., referencias a temperaturas expre­sadas en "grados Fahrenheit", en seguida pro­porcionamos algunos detalles referentes a esta escala, y mostramos cómo se puede determinar la temperatura Celsius equivalente a determina­da temperatura Fahrenheit, y viceversa.

En la escala Fahrenheit, el punto de fusión del hielo se señala con 32 grados Fahrenheit (32°F) y el punto de ebullición del agua con 212°F (Fig. 11-22). Así, el intervalo entre estas temperaturas corresponde a 180 divisiones. Como en la escala Celsius, este mismo intervalo de temperatura corresponde a 100 divisiones, concluimos que el intervalo de 1°F, o sea A(1°F), corresponde aproximadamente a la mitad del intervalo de 1°C [en realidad se tiene que A(1°F) = (5/9) A(1°C)].

Suponga dos termómetros, uno de los cuales está graduado en la escala Celsius y el otro en la escala Fahrenheit, y que ambos se utilizan

para medir una misma temperatura (de un líqui­do, por ejemplo, como muestra la Figura 11-23). Sea t_c la lectura del termómetro Celsius y tp la del termómetro Fahrenheit. Obviamente, t_c y tp son diferentes lecturas de una misma tempera­tura. En la Figura 11-23 vemos que:

tc divisiones en °C corresponden a (t_F - 32) divisiones en °F y que 100 divisiones en °C corresponden a 180 divisiones en °F

 

  Aun cuando la escala Fahrenheit es todavía utilizada en los países de habla inglesa, se han hecho grandes esfuerzos para sustituirla por la escala Celsius no sólo en los trabajos científicos, sino también para uso común entre la población en general.

Actualmente, las técnicas para medir la tempe­ratura se encuentran muy desarrolladas. Los ter­mómetros de mercurio, como se sabe, todavía se utilizan mucho, pero se han creado algunos otros tipos de termómetros, así como nuevos procesos de medición de la temperatura: algunos que permiten obtener medidas de alta precisión, otros capaces de medir temperaturas sumamente bajas (cercanas al cero absoluto), además de otros destinados a proporcionar valores de temperaturas muy altas (como la temperatura de una reacción nuclear, que puede alcanzar casi 10⁸ °C lo mismo que dispositivos que proporcionan la temperatura de la superficie del Sol, que vale casi 6 000°C.