TEMPERATURA DEL AIRE

CAPITULO IV

TEMPERATURA DEL AIRE

El concepto más elemental de temperatura es el resultado de una sensación. En efecto, cuando se toca un cuerpo se dice que está caliente o frío, según la sensación que se experimente.

Pero esta idea es insuficiente. La temperatura de un cuerpo es la condición que determina si el cuerpo es apto para transmitir calor a otros o para recibir el calor transmitido por éstos. En un sistema compuesto por dos cuerpos, se dice que uno de ellos tiene mayor temperatura cuando cede calor a otro.

En este capítulo se tratará principalmente de la temperatura del aire, estudiándose primero cómo se mide, y después cómo varía en el tiempo y en el espacio.

4.1 Principios fundamentales de la medida de la temperatura

Debido al perfeccionamiento de los métodos científicos, actualmente es necesario medir la temperatura con mucha precisión. Se ha observado que, cuando aumentaba la temperatura de un cuerpo, se modificaban ciertas características físicas del mismo. Por ejemplo; los cuerpos sólidos, líquidos o gaseosos se dilatan. También pueden producirse cambios de estado: los sólidos funden y los líquidos hierven.

El termómetro es el instrumento que sirve para medir la temperatura. Para su realización se utilizan un gran número de propiedades físicas de la materia, principalmente la dilatación de los sólidos, de los líquidos y de los gases, y la variación de la resistencia eléctrica en función de la temperatura.

Los instrumentos para medir temperaturas muy elevadas se llaman pirómetros. Entre éstos se encuentran los pirómetros de radiación que reaccionan a las radiaciones caloríficas que emiten los cuerpos y poseen la ventaja de no tener que estar en contacto con el cuerpo cuya temperatura se quiere medir.

Sin embargo, es necesario tener en cuenta que la temperatura no tiene dimensiones materiales y que, por lo tanto, no puede medirse de la misma forma que se utiliza, por ejemplo, para una longitud. Si un objeto tiene 15 m de largo, basta llevar 15 veces consecutivas la unidad de longitud de un extremo a otro. En el caso de la temperatura esto no es posible.

Se determinarán simplemente dos puntos fijos cuyas temperaturas puedan ser reproducidas en todo momento, por corresponder a características físicas bien determinadas de sustancias dadas. Después, a las temperaturas de estos dos puntos, se les asigna un valor numérico y luego se efectúa la división del intervalo comprendido entre los puntos fijos de la escala de temperatura.

No hay que olvidar que se trata de divisiones de temperatura y no de unidades. Así, 20 grados C no es dos veces la temperatura 10 grados C; 10 grados C y 20 grados C corresponden a la décima y a la vigésima división de la escala centígrada comprendida entre los puntos fijos a los que se les atribuyen los valores 0 grados C y 100 grados C.

4.2 Escalas Celsius y Fahrenheit de temperatura

Las escalas prácticas de temperatura se basan en dos puntos fijos. Estos puntos corresponden a temperaturas que pueden reproducirse fácilmente. Los dos puntos fijos reconocidos internacionalmente son el punto de fusión del hielo y el punto de ebullición del agua.

El punto de fusión del hielo es la temperatura a la cual el hielo puro funde cuando la presión externa es igual a una atmósfera normal. Esta presión es la que equilibra una columna de mercurio de 76,0 cm de altura y es igual a 1013,25 hPa. (Como se verá a continuación, en el párrafo 4.4, el punto de fusión del hielo está ligado al punto triple del agua pura, que se considera como punto fijo fundamental).

El punto de ebullición del agua es la temperatura a la cual el agua pura hierve cuando la presión externa es igual a una atmósfera normal.

Las dos escalas de temperatura que se utilizan más frecuentemente son la escala Celsius y la Fahrenheit.

En la escala Celsius 0 grados C corresponde al punto de fusión del hielo, mientras que 100 grados C corresponde al punto de ebullición del agua.

En la escala Fahrenheit al punto de fusión del hielo se le asigna 32 grados F y al punto de ebullición del agua le corresponde 212 grados F.

Se observará que entre el punto de fusión del hielo y el punto de ebullición del agua hay 180 divisiones en la escala Fahrenheit, mientras que en la escala Celsius sólo hay 100. Por lo tanto, a cada división de la escala Celsius le corresponde 180/100 ó 9/5 de división de la escala Fahrenheit.

Por otra parte, la temperatura asignada al punto de fusión del hielo en la escala Fahrenheit excede en 32 grados a la temperatura correspondiente a este punto de la escala Celsius.

La Figura 4.1 ilustra la relación que existe entre estas dos escalas.

4.3 Conversión de la temperatura de una escala a otra

Para obtener el valor de una escala Fahrenheit que corresponde a una temperatura dada en la escala Celsius se puede aplicar la fórmula siguiente:

9

F =----- C + 32

5

en la cual:

F = temperatura en grados Fahrenheit

C = temperatura en grados Celsius

Por ejemplo: para convertir la temperatura de 20 grados C en grados Fahrenheit, la fórmula (4.1) nos da:

9

F = --------- (20) + 32

5

o sea:

F = 36 + 32

F = 68

Lo que indica que las temperaturas 20 grados C y 68 grados F son idénticas.

Para obtener el valor de la escala Celsius que corresponde a una temperatura dada en la escala Fahrenheit, podemos transformar la ecuación (4.1) de la siguiente manera:

9

(F – 32) = ---------- C

5

o sea:

5

C ----------- = (F – 32)

9

Por ejemplo, si F = 95 grados F, se obtiene, utilizando la ecuación (4.2) :

5

C ------------ = (95 – 32)

9

5

C ------------ = (63)

9

C = 35

Lo que demuestra la equivalencia de las temperaturas 95 grados F y 35 grados C.

4.4 Escala Kelvin de temperatura

Para los trabajos científicos se utiliza mucho otra escala de temperaturas llamada escala Kelvin. La relación entre esta escala y la escala Celsius viene dada por la fórmula:

K = 273,15 + C

En la cual K = temperatura en grados Kelvin.

Por ejemplo: 20 grados C equivale a 293,15 K.

Esta escala también se llama escala absoluta de temperatura.

El punto fijo fundamental de esta escala Kelvin es el punto triple de agua pura, es decir la temperatura a la cual el agua está en equilibrio simultáneamente en sus tres estados: sólido, líquido y gaseoso. La temperatura asignada a este punto es 273,16 K, es decir 0,01 K mayor que la del punto de fusión del hielo.

4.5 Procesos físicos empleados en termometría

Existen numerosos tipos de termómetros y en general están basados en los siguientes efectos del calor:

a) dilatación del líquido encerrado en un tubo de vidrio ;

b) dilatación de un líquido dentro de una envoltura metálica sellada y que provoca un aumento de presión;

c) desarrollo de una fuerza electromotriz entre las soldaduras de un circuito formado por dos metales diferentes (termómetro de termopar);

d) cambio de curvatura de una banda de metal compuesta por dos láminas metálicas que tienen coeficientes de dilatación diferentes y que están soldados en toda su longitud (termómetro de lámina bimetálica);

e) variación de la resistencia eléctrica de un hilo de platino;

f) variación de la resistencia de una mezcla especial de sustancias químicas (termómetro de termistancia).

Algunos de estos efectos se utilizan también en los termógrafos, que son termómetros registradores que dan una gráfica continua de las temperaturas.

4.6 Principales tipos de termómetros

A continuación se dan datos sobre la estructura y funcionamiento de los principales modelos de termómetros.

a) Termómetros de líquido en un tubo de vidrio

Los líquidos que se utilizan más frecuentemente son el mercurio y el alcohol etílico. El mercurio no se puede emplear como líquido termométrico más que por encima de los 36 grados C, ya que su punto de congelación se encuentra justamente a esta temperatura. Para temperaturas más bajas, el alcohol etílico puro de 100/100 da resultados satisfactorios.

Este termómetro está constituido por un depósito de vidrio, esférico o cilíndrico, que se prolonga por un tubo capilar también de vidrio, cerrado en el otro extremo. Por el calor, el líquido encerrado en el depósito pasa al tubo y hace subir la columna capilar. La temperatura se lee sobre la graduación que corresponde al extremo de la columna de líquido cuando deja de ascender.

Existen termómetros de líquido en tubo de vidrio especialmente construidos para medir la

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