Temperatura

REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA

MINISTERIO DEL PODER POPULAR DE EDUCACIÓN SUPERIOR

INSTITUTO UNIVERSITARIO DE TECNOLOGÍA JOSÉ ANTONIO ANZOÁTEGUI

ANACO. EDO_ANZOÁTEGUI

Prof.: Realizador por:

José Guaita Jean Carlos Centeno

C.I.: 18.594.837

Anaco, Septiembre de 2013

INTRODUCCIÓN.

La temperatura es un concepto abstracto, el cual se explica por su efecto en las condiciones del medio ambiente, los objetos y sus propiedades, en general se relaciona con el comportamiento de la materia y en la mayoría de los casos define el estado final de ésta.

Popularmente la temperatura es relacionada a los conceptos de frío y calor. Algo es más caliente si presenta una mayor temperatura, o está más frío si se presenta una disminución en la temperatura. Sin embargo, aunque este concepto es común y aceptable, en la realidad la física define a la temperatura como: “una magnitud escalar relacionada con la energía interna de un sistema termodinámico, definida por el principio cero de la termodinámica, o conocida como la energía sensible, que es la energía asociada a los movimientos de las partículas de ese sistema termodinámico”, esto quiere decir que la temperatura es la cuantificación de la actividad molecular de la materia.

Las mediciones de la temperatura son básicas para el desarrollo de la mayoría de las actividades del ser humano. La temperatura define el comportamiento de los objetos en el medio ambiente normal, o en un medio controlado o acondicionado para un resultado específico. La temperatura define el comportamiento mecánico de la materia, y a través de la sensación de cambio que produce permite inferir la reacción de la materia a ciertos estímulos y condiciones. Permite definir los conceptos de energía, masa, presión, vibración, desgaste, fricción, etc., y define el comportamiento de muchas reacciones químicas típicas de la naturaleza, o realizadas dentro de un laboratorio para mostrar una característica propia del proceso.

Desde el punto de vista industrial, la temperatura tiene que ver con los alimentos, su producción, almacenamiento y vida útil, con la agricultura, la generación de energía, la metalurgia y todos los materiales existentes hasta ahora, la medicina, la farmacéutica, la informática, el medio ambiente, en general con todos los campos de la ciencia. El ser humano no se habría desarrollarse al nivel actual sin haber dominado este concepto.

En el siguiente trabajo de investigación se explicaran algunos de los diversos instrumentos existentes para medir la temperatura.

La medición en los cambios producidos en la temperatura se realiza con diferentes instrumentos: Termómetros, Termopares y Pirómetros.

1.- TERMÓMETROS

.- TERMÓMETROS DE COLUMNA

La gran mayoría de las sustancias se dilatan a dimensiones mayores cuando se calientan y se contraen a las dimensiones anteriores si se enfrían a la misma temperatura anterior, este efecto se utiliza para construir los termómetros de columna.

Estos termómetros constan de un tubo capilar (muy fino) de vidrio cerrado en un extremo, y con un bulbo lleno de líquido coloreado en el otro, al que se le ha practicado vacío. Este capilar se coloca fijo en un cuerpo que contiene una escala graduada en grados en la escala correspondiente.

Cuando el líquido 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 termómetros. El valor señalado en la escala por la propia columna corresponde a la temperatura a que está sometido el bulbo.

El punto de solidificación y ebullición del líquido utilizado debe estar alejado del rango de utilización del termómetro para evitar que estos estados, que lo hacen inoperante, se alcancen durante el trabajo del aparato. Es importante también que la dilatación del líquido en todo el rango de utilización sea exactamente proporcional a la temperatura para lograr una escala con las divisiones a la misma distancia.

Los líquidos más comúnmente utilizados son el mercurio de color plateado y el alcohol coloreado, generalmente de rojo.

Observe en la figura 1 el bulbo lleno de líquido 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 medición para facilitar la lectura.

En este caso se representa uno de los termómetros utilizados para medir la temperatura ambiente y está graduado en ambas escalas, celsius y fahrenheit.

Figura Nº 1: Termómetro de Columna

.- TERMÓMETROS A PRESIÓN DE GASES

Figura Nº 2: Termómetro a Presión de Gases

En la figura 2 se muestra un esquema de un termómetro a presión de gases. El elemento de medición es un medidor de presión (manómetro).

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 presión del gas en el bulbo al manómetro, 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 está confinado a un volumen cerrado el efecto que se produce es el incremento y la disminución de la presión cuando se incrementa y reduce la temperatura.

Para rellenar los termómetros a presión de gases se usan gases que se comporten lo mejor posible como gas ideal en el rango de temperaturas para el que se utilizará el termómetro, de esta forma se obtiene un comportamiento proporcional entre temperatura y presión, al ser el volumen constante, por lo que las divisiones en la escala están a la misma distancia.

Estos termómetros presentan la ventaja sobre los de columna de líquido, de que la medición puede realizarse a distancia alargando el tubo capilar. La longitud del tubo capilar tiene un límite, ya que si es muy largo, la cantidad de gas contenida en él puede ser comparable con la del bulbo e introducir errores en la medición con los cambios de temperatura del ambiente al que está sometido el capilar. Esto significa que para que un termómetro de gases sea preciso, la cantidad de gas en el sensor debe ser muy superior a la del tubo capilar.

En la figura 3 puede apreciarse una vista real de uno de estos termómetros.

Figura Nº 3: Vista Real de Termómetro a Presión de Gases

.- TERMÓMETROS A PRESIÓN DE VAPOR

Los termómetros a presión de vapor de líquido tienen la misma construcción de los de presión de gases como se muestra en la figura 4, excepto que el bulbo está lleno con un líquido volátil. Otra diferencia significativa con el termómetro a gases es que en este caso la escala no está dividida a distancias iguales, debido a que la presión de vapor de los líquidos, de acuerdo al diagrama de fases, no cambia de forma proporcional con la temperatura.

Este fenómeno 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 también la precisión, pero cuando la temperatura sube, que es la zona de interés, el movimiento relativo de la aguja con respecto al cambio de temperatura crece y con ella la exactitud de medición.

Figura Nº 4: Termómetro a Presión de Vapor

.- TERMÓMETROS BIMETÁLICOS

Los termómetros bimetálicos son muy frecuentes por su simplicidad y larga vida útil. Son suficientemente precisos para la mayoría de las aplicaciones domésticas donde no es necesaria una gran exactitud.

En la figura 5 se muestra un esquema de la construcción de estos termómetros.

Un puntero indicador se monta en uno de los extremos de una lámina bimetálica arrollada en espiral y el otro extremo de la lámina se fija al cuerpo del instrumento.

Cuando cambia la temperatura, la deformación de la lámina tiende a enrollar y desenrollar la el espiral produciendo el movimiento del puntero. Una escala calibrada en grados de temperatura detrás del puntero completa el instrumento.

Figura Nº 5: Termómetro Bimetálico

La figura 6 a continuación muestra una vista real de uno de estos termómetros.

Figura Nº 6: Vista Real de Termómetro Bimetálico

.- TERMÓMETROS A TERMORESISTENCIA

Estos termómetros se basan en el cambio de resistencia eléctrica de las sustancias conductoras de la electricidad cuando cambia su temperatura. Como elemento sensor de estos termómetros pueden usarse conductores metálicos o semiconductores.

Los conductores metálicos cambian ligeramente su resistencia eléctrica 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 eléctrica con el aumento de la temperatura.

Para construir uno de estos termómetros se coloca la resistencia dentro de un cuerpo para fabricar el sensor y se conectan a través 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 métodos es muy diferente, los conductores cambian

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