La medición de la temperatura es una acción recurrente en la ciencia y la tecnología. Desde la investigación en laboratorios hasta los procesos industriales, la utilización de las escalas termométricas nos permiten interpretar y controlar fenómenos térmicos.
Pero, ¿qué son exactamente las escalas termométricas y cuál es su papel en la medición de la temperatura? Este artículo explora los fundamentos, las clasificaciones y las aplicaciones de estas escalas, con un enfoque didáctico y accesible.
¿Qué es una escala termométrica?
Una escala termométrica es un sistema de referencia que relaciona una propiedad física medible con valores de temperatura.
Estas escalas se basan en fenómenos físicos que varían de manera predecible con los cambios de temperatura, como la dilatación de líquidos, la variación de la resistencia eléctrica o la presión de un gas a volumen constante.
Es importante distinguir las escalas termométricas de las escalas de temperatura. Las escalas de temperatura, como Celsius, Fahrenheit y Kelvin, son sistemas estandarizados que se utilizan para expresar cuantitativamente la temperatura.
Las escalas termométricas, en cambio, están asociadas a los métodos e instrumentos utilizados para medir la temperatura.
Fundamentos de las escalas termométricas
Las escalas termométricas son herramientas fundamentales para medir la temperatura, basadas en la relación entre las propiedades físicas de los materiales y los cambios de temperatura.
Para comprender su funcionamiento, es necesario conocer los principios que las rigen, como las propiedades termométricas, la calibración y la reproducibilidad.
Propiedades termométricas
Una propiedad termométrica es una magnitud física que varía de manera predecible con la temperatura. Esto permite utilizarla como base para medir este parámetro.
Ejemplos comunes de propiedades termométricas incluyen la dilatación de líquidos, como el mercurio o el alcohol, que aumenta con el calor, y la variación de la presión de un gas a volumen constante.
Otros ejemplos incluyen los cambios en la resistencia eléctrica de materiales conductores y la radiación térmica emitida por cuerpos calientes, utilizada en dispositivos como los pirómetros.
Calibración
La calibración de una escala termométrica se logra mediante la definición de puntos de referencia específicos, como el punto de congelación y ebullición del agua, o el punto triple del agua, que corresponde a 273.16 K en la escala Kelvin.
Estos puntos permiten asignar valores precisos y uniformes a las temperaturas medidas.
Llinealidad y reproducibilidad
Además, las escalas termométricas ideales se caracterizan por su linealidad y reproducibilidad. Esto significa que la relación entre la propiedad medida y la temperatura es proporcional y consistente, garantizando que los resultados sean fiables y comparables, independientemente del instrumento utilizado.
Clasificación de las escalas termométricas
Las escalas termométricas se clasifican según la propiedad física utilizada para medir la temperatura.
A continuación, se describen las más comunes y sus características principales:
1. Basadas en la dilatación
Los termómetros de mercurio y alcohol son los ejemplos más representativos de esta categoría. Estos dispositivos miden la temperatura aprovechando la dilatación de un líquido contenido en un tubo capilar.
Son ampliamente utilizados en aplicaciones cotidianas debido a su simplicidad y fiabilidad.
Los termómetros de mercurion son económicos, fáciles de usar y requieren poco mantenimiento. Sin embargo, su rango de medición está restringido por los puntos de congelación y ebullición del líquido utilizado, lo que los hace inadecuados para temperaturas extremas.
2. Basadas en la presión de un gas
Los termómetros de gas a volumen constante funcionan midiendo la presión de un gas que varía linealmente con la temperatura, siempre que el volumen se mantenga constante.
En general, ofrecen una alta precisión y un rango de medición muy amplio.
Son comunes en investigaciones científicas y en la calibración de otros instrumentos de medición.
3. Basadas en propiedades eléctricas
En esta categoría encontramos los termómetros de resistencia (RTD) y los termopares. Los RTD utilizan la variación de la resistencia eléctrica en materiales como el platino, cuya resistencia aumenta de forma predecible con la temperatura. Los termopares, por su parte, generan un voltaje proporcional a la diferencia de temperatura entre dos metales unidos
Las ventajas que tienen es que son robustos, tienen un amplio rango de temperatura y permiten mediciones remotas.
Se utilizan en el control industrial, el monitoreo de procesos y experimentos científicos.
4. Basadas en radiación térmica
Los pirómetros y termómetros infrarrojos miden la radiación térmica emitida por los cuerpos calientes para determinar su temperatura.
Este tipo de escalas termotérmicas no requieren contacto físico con el objeto que se mide y son ideales para temperaturas extremadamente altas o para objetos en movimiento.
Entre otros, se utilizan en la industria metalúrgica, en el control de calidad y en sistemas de seguridad.
5. Basadas en transiciones de fase
Estas escalas se basan en las temperaturas de las transiciones de fase, como la fusión o la solidificación, que son puntos de referencia muy precisos. Un ejemplo destacado es el punto triple del agua (273,16 K), utilizado para calibrar la escala Kelvin.
Estas escalas termoeléctricas proporcionan una altísima precisión.
Relación entre escalas termométricas y escalas de temperatura
Las escalas termométricas permiten medir la temperatura de forma precisa, pero los resultados deben ser expresados en una escala de temperatura estandarizada.
Por ejemplo: Un termómetro de mercurio calibrado en Celsius proporcionará lecturas como 0 °C (punto de congelación del agua) o 100 °C (punto de ebullición del agua). Por otro lado, un termómetro de resistencia podría estar calibrado en Kelvin, con lecturas como 273,15 K para el punto de congelación del agua.