INTRODUCCIÓN

Cuando se formuló lo que hoy se conoce como la ley cero de la termodinámica ya se habían descubierto varias teorías y como la ley cero es más fundamental que las otras se le puso ese nombre para que preceden a las restantes. Esta ley fue esbozada por primera vez por Ralph H. Fowler.

A continuación veremos su importancia al diseñar un termómetro.

CONCEPTOS PREVIOS

Ley cero de la termodinámica

La ley cero de la termodinámica establece que si un cuerpo A se encuentra a la misma temperatura que un cuerpo B y este tiene la misma temperatura que un tercer cuerpo C, entonces, el cuerpo A tendrá la misma temperatura que el cuerpo C. Por lo cual estaremos seguros de que tanto el cuerpo A, como el B y C, estarán los tres, en equilibrio térmico. Es decir: los cuerpo A, B y C, tendrán igual temperatura.

Esta ley de la termodinámica ha sido utilizada en dispositivos como el termómetro para medir temperatura.

Termómetro

Es un instrumento usado para medir la temperatura (que tan caliente o frio esta algo). El termómetro es utilizado ampliamente para obtener información de los valores numéricos altos o bajos, en la temperatura de un objeto. Gracias a ellos, podemos darnos cuenta de cómo se comporta la temperatura ambiente. La temperatura de una persona que exceda de lo normal.

Tipo de termómetros

Estos dispositivos especiales que llamamos termómetro han evolucionado mucho, pues existen de muchos tipos, entre los cuales están los que usan mercurio, los de gas, los de resistencia, los digitales que usan la tecnología electrónica, etcétera.

1) Termómetro de vidrio o de líquidos:

Hechos con vidrio sellado, muestra la temperatura por medio del nivel al que llega el mercurio o alcohol en una escala graduada. Estos líquidos se dilatan y contraen debido a los cambios de temperatura. Generalmente, la escala de medición que usa es Celsius, aunque también se puede expresar en grados Fahrenheit.

Actualmente estos termómetros contienen alcohol coloreado debido al peligro que significa el contacto con el mercurio.

2) Pirómetros o termómetros sin contacto:

Estos miden la temperatura a partir de la radiación de calor emanada por los objetos. Estos termómetros permiten utilizarse si tener que tocar los objetos, lo que permite medirlos cuando están en movimiento o alejados, así como también cuando sus temperaturas son muy elevadas.

3) Termómetros con lámina bimetálica:

Como su nombre indica, están compuestos por dos láminas de metálicas cuyos coeficientes de dilatación son diferentes. Cuando se produce un cambio de temperatura, una de las láminas se curva primero y este movimiento se traduce en una aguja que señala la temperatura.

4) Termómetros de gas:

Esta clase de termómetros puede funcionar tanto a volumen como a presión constante. Al poseer un sistema de medición muy preciso, suelen ser utilizados para ajustar otros termómetros.

5) Termómetros de resistencia:

Estos miden la temperatura a través de un alambre de platino que es unido a una resistencia eléctrica que cambia según la temperatura. Generalmente se usa para medir temperaturas exteriores, es muy preciso, aunque lento.

6) Par térmico o termopar:

Estos termómetros miden la temperatura de manera muy veloz, generalmente se utilizan en laboratorios. Miden la temperatura a través de una resistencia eléctrica que genera un voltaje el cual varía según la temperatura de conexión.

7) Termómetros digitales:

Estos termómetros miden la temperatura por medio de un circuito electrónico. La información que captan es enviada a un microchip que la procesa y la muestra numéricamente en la pantalla digital. Son de fácil uso, rápidos, precisos y económicos.

Escala Celsius

Anders Celsius nació en Uppsala (Suecia) en 1701, en el seno de una familia muy relacionada a las ciencias. En 1732 comenzó un tour en el que visitó y trabajó con

los mejores astrónomos de la época. A la vuelta a Uppsala trabajó con el astrónomo francés Maupertius para confirmar que la Tierra tenía una forma elipsoide y achatada en los polos. Esta expedición lo hizo famoso y le permitió que en 1741 se construyera un observatorio moderno en Uppsala. En ese momento, cosas que hoy en día no tienen que ver con la astronomía, como las mediciones geográficas y las observaciones meteorológicas, se incluían dentro de esta rama científica. De esta forma fue que hizo muchas medidas para el mapa de Suecia y vio como aumentaba el nivel del mar en los países nórdicos debido al deshielo.

El mayor invento de Anders Celsius fue el famoso termómetro Celsius, en el que cero era el punto de ebullición del agua y 100 para el de congelamiento. Cuando murió en el año 1744 por causa de la tuberculosis, la escala se revirtió a como es en la actualidad.

La escala Celsius o de grados centígrados -dividida en 100 grados-, tomó su nombre a partir de una Conferencia internacional de pesos y medidas en 1948. Se la considera más precisa que la de Farenheit, y por eso es más usada.

Escala Fahrenheit

La primera en ser creada fue la escala Fahrenheit en 1724, creada por el científico que le dio el nombre, Daniel Gabriel Fahrenheit. En esta escala el punto de congelación es de 32 grados Fahrenheit y el punto de evaporación se encuentra en el numero 212 ºF.

Autor de numerosos inventos, entre los que cabe citar los termómetros de agua (1709) y de mercurio (1714), la aportación teórica más relevante de Fahrenheit fue el diseño de la escala termométrica que lleva su nombre, aún hoy la más empleada en Estados Unidos y hasta hace muy poco también en el Reino Unido, hasta la adopción por este país del sistema métrico decimal.

Fahrenheit empleó como valor cero de su escala la temperatura de una mezcla de agua y sal a partes iguales, y los valores de congelación y ebullición del agua convencional quedaron fijados en 32 y 212 respectivamente.

Escala Kelvin

La medición a través de los grados Kelvin fue inventada en 1848 por William Thomson. Esta actualmente se encuentra limitada al campo científico y no es utilizada cotidianamente en ningún país.

El principio de esta escala es que a los -273 grados Celsius cesa todo movimiento molecular siendo imposible que haya una temperatura menor a esta así que en

escala Kelvin este es el cero absoluto y e estado de evaporización del agua es de 373 °k

Temperatura

Magnitud referida a las nociones comunes de caliente y frio

Calor

Es la transferencia de energía entre diferentes cuerpos o diferentes zonas de un mismo cuerpo

OBJETIVO

Diseñar un termómetro de tal manera que las mediciones que se hagan sean calibradas con un termómetro.

MATERIALES

Ampolleta de vidrio limpia con tapa de aluminio Un tubo de vidrio delgado de 30 a 25 cm de largo Colorante vegetal Alcohol etílico Plastiloca Hielo Dos vasos de unicel Agua caliente

DESARROLLO

1. Primero se coloca plastiloca en un extremo del tubo de vidrio, y espera a que se seque.

2. Vacía en unicel alcohol y píntalo con el colorante.

3. Con una jeringa toma el alcohol con colorante y comienza a introducirlo en la ampolleta hasta llenarla.

4. Introduce el tubo en la ampolleta con cuidado.

5. Coloca el termómetro en el hielo y marca hasta donde está y luego has lo mismo con agua caliente para crear la escala.

0 10 20 30 40 50 60 700

1

2

3

4

5

6

7

1.41.08

2.1

3.2

4.2

5.4

6.5

Graduación del termómetrocm

°C

CONCLUSIONES

El equilibrio térmico debe entenderse como el estado en el cual los sistemas equilibrados tienen la misma temperatura. Esta ley es de gran importancia porque permitió definir a la temperatura como una propiedad termodinámica y no en función de las propiedades de una sustancia. La aplicación de la ley cero constituye un método para medir la temperatura de cualquier sistema escogiendo una propiedad del mismo que varíe con la temperatura con suficiente rapidez y que sea de fácil medición, llamada propiedad termométrica. En el termómetro de vidrio esta propiedad es la altura alcanzada por el mercurio, en este caso el alcohol, en el capilar de vidrio debido a la expansión térmica que sufre el mercurio por efecto de la temperatura. Cuando se alcanza el equilibrio térmico, ambos sistemas tienen la misma temperatura.

BIBLIOGRAFIA

Diccionario Larousse, Física

Douglas C. Giancoli (2006). Física. Principios con aplicaciones. México: Pearson Educación.

Bernardo Tarango Frutos, Salvador Rivera Gallegos y Ricardo Valdez Gonzáles (2010). Física. México: Santillana.

CIBEROGRAFÍA

http://www.tiposde.org/ciencias-naturales/20-tipos-de-ermometros/#ixzz2lAccORh3

http://www.ojocientifico.com/2010/08/10/grandes-cientificos-anders-celsius

ESCUELA NACIONAL PREPARATORIA

Plantel 7 “Ezequiel A. Chávez”

Física

David León Salinas

609

Diseño de un termómetro

Díaz Martínez Javier

Pacheco Romero Paulina

Pérez Zamora Javier Oswaldo

Rosas Aguilar Diana Laura

20 de noviembre de 2013