Termómetros
03 dic, 2011
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PDFMidiendo la temperatura
PRESENTACIÓN: La medida de la temperatura requiere de un dispositivo que produzca una variación visible de cierta magnitud física cuando se produce una transferencia de calor. Por ejemplo, en el caso del termómetro de Galileo varias boyas de diferente densidad flotan de acuerdo con la temperatura del líquido en el que están inmersas y que está en equilibrio térmico con el entorno. La boya más baja del conjunto en la parte superior indica la temperatura ambiente.
- The Homigrade Thermometer, Thomas B. Greenslade, Phys. Teach. 46, 548 (2008)
- So you thought a glass thermometer measured temperature, Philip Gash, Phys. Teach. 40, 74 (2002)
37 responses to "Termómetros"
Buscando sobre esta experiencia encontré la página que a continuación se muestra para poder realizar el termómetro de galileo de manera casera.
Creo que en el momento en el que se hable sobre este punto de la termodinámica, sería importante comentar también las distintas escalas de medición de temperaturas, además de la peligrosidad que tienen algunos termómetros como el de mercurio por la toxicidad de dicho compuesto.
Otra forma de que los alumnos entiendan el funcionamiento de los termómetros, es mediante la construcción de un termómetro de agua casero, muy fácil de realizar. En esta página se detalla como realizarlo, así como una explicación de su funcionamiento.
Podría añadirse también que a lo largo de la historia se han ido probando diferentes fluidos como el agua, el alcohol (para evitar que se congelase como le sucedía al agua) o el mercurio.
Además, fue Carl Reinhold August Wunderlich, miembro de la escuela alemana de medicina y profesor en Leipzig, uno de los responsables de la popularización del uso del termómetro. Evaluó a 25000 pacientes y determinó un millón de registros de temperatura, utilizando un termómetro que registraba la temperatura axilar. Demostró que la fiebre no era una enfermedad sino un síntoma y que su evaluación era tan importante como la toma del pulso.
Los termómetros es algo a lo que estamos más acostumbrados pero para la medición a altas temperaturas lo que se utiliza es una Galga extensiométrica.
Este aparato consta de dos placas de metales distintos soldadas entre sí. Al cambiar la temperatura una se deforma más que otra y esa diferencia produce un potencial que se traduce en electricidad que es el lo que se traduce la señal. Gracias a esto se puede medir la temperatura por ejemplo dentro de un alto horno.
Pues mira, este es un experimento que me gusta mucho para explicar conceptos de termodinámica sobre los cuales tiende a haber bastante confusión, especialmente para hacer entender, por ejemplo, que lo que detectan los sensores de nuestra piel son diferencias de temperatura y que no funcionan como detectores de ésta.
Pode tratarse dun interesante experimento a partir do cal se pode entender mellor a diferenza entre dous conceptos que a miúdo se confunden: o de temperatura e o de calor.
Es interesante para adentrar a los alumnos en la termodinámica. El funcionamiento de este termómetro se basa en el principio de Arquímedes. Como cada esfera tiene una cantidad distinta de aire y agua, distinta es su densidad, y cada una de ellas reaccionará de forma distinta a medida que cambie la temperatura del líquido transparente del termómetro. Aquí de dejo un link de un blog con las ecuaciones pertinentes.
Previamente a la invención de este termómetro,(que aunque lleva su nombre, fue diseñado por miembros de la Accademia del Cimento, entre los cuales se encontraban alumnos de él), el mismo Galileo había ideado el termoscopio,que consistía en un tubo lleno de agua o alcohol, abierto en su extremo inferior; y con una bola de vidrio llena de aire en el extremo superior. La parte abierta del tubo sobresalía hacia otro recipiente lleno de agua. Al calentarse la bola de vidrio se dilataba el aire interior; que a su vez empujaba el agua del tubo. Luego, en 1612, Santorre Santorio introdujo una graduación numérica.
Cuando hablamos de termodinámica, es esencial hablar de los termómetros, instrumentos que se utilizan para medir la temperatura de un sistema. Existen diferentes tipos de termómetros y de escalas termométricas. En el enlace que se muestra a continuación se recogen las diferentes escalas termométricas y la construcción de un termómetro de alcohol.
En este enlace se recoge otro experimento sobre cómo crear un termómetro casero, ideal para hacer en clase debido a su sencillez.
El conocer el funcionamiento de un termómetro es fundamental para la vida cotidiana, por ello me parece imprescindible que los estudiantes en alguna etapa del sistema educativo construyan su propio termómetro. Os dejo un link donde se explica cómo construir un termómetro casero con materiales muy sencillos y muy baratos. Es muy importante que los estudiantes conozcan las diferentes escalas termométricas que existen, puesto que no es lo mismo 100ºC que 100ºK. Interesante el enlace que dejo Lara de escalas termométricas. Además, este experimento de construcción del termómetro se puede utilizar para explicar las leyes de los gases, concretamente la Ley de Gay-Lussac.
Aunque el termómetro sea un invento antiguo, los científicos actuales siguen investigando este campo. Por ejemplo, en el año 2008 se publicaba un artículo acerca de emplear líquidos iónicos como fluido para el interior del termómetro. Según sus autores, estos fluidos pueden hacer que los termómetros se adecúen a unas determinadas condiciones que exija un proceso industrial, como pueden ser el rango de medida o la toxicidad.
O termómetro de Galileo básase no principio de flotabilidade que explica que a densidade dun líquido cambia en proporción a súa temperatura. Este termómetro está formado por un cilindro de vidro con bolas de cristal de cores somerxidas nun líquido inerte. Cada bola está asociada a unha temperatura que leva grabada nunha placa metálica.
No seguinte link de YouTube ofrécese unha sinxela explicación sobre como funcionan estes termómetros.
Pareceume un vídeo interesante porque pode servir para traballar tanto cuestións referente a termodinámica como a mecánica de fuídos (flotabilidade).
Las actividades para crear un termómetro a partir de materiales comunes son interesantes para introducir el concepto de temperatura. Sin embargo, me parece que lo más importante es distinguir entre temperatura, calor y sensación térmica, dado que son conceptos que muchas personas confunden. Se puede comprobar cómo la sensación de que algo está caliente no significa necesariamente que tenga una alta temperatura con un sencillo experimento en el que se preparan tres recipientes con agua a distintas temperaturas (alta, media y baja) y se introducen las manos, primero en uno de los recipientes con agua a mayor o a menor temperatura y luego en el de temperatura media, para observar que la sensación al final no es la misma que al principio del experimento. Para diferenciar calor y temperatura hay un experimento en el que se calienta un globo con agua en su interior, de manera que, aunque la temperatura aumenta al acercar una llama, el globo no explota rápidamente, ya que el agua absorbe el calor.
Aunque Galileo fue el primero en inventar el sensor de temperatura, al que él denominó «termoscopio», muchos otros científicos realizaron estudios que desembocaron en el concepto actual de termómetro. En este vídeo se hace un repaso de la evaluación histórica del termómetro y la escala de temperaturas que creo que puede ser muy útil para los más pequeños y pequeñas.
Aínda que é un grande descubrimento, eu tentarei afondar nos problemas que apresenta o termómetro de Galileo. O principal é o seu pobre rango de funcionamento polo que basicamente se empregan como adorno; os modelos máis comúns teñen 5 ou 6 esferas que poden indicar temperaturas entre os 18 e 26 ºC. Tampouco indica se a temperatura é de 20, 20.2 ou 20.5 ºC xa que só indicará que a temperatura ronda os 20 ºC. A esto hai que sumarlle que o seu prezo é moi elevado comparado con outros termómetros. Para ampliar esta información pódese consultar o seguinte enlace.
Curiosamente, aunque este invento se le atribuye a Galileo Galilei, lo cierto es que no todo el mérito fue de él, como han comentado anteriormente. Fue diseñado por los miembros de la “Accademia del Cimento”, academia en la que había alumnos de Galileo. Él descubrió el principio en el que se basa el funcionamiento del termómetro (es decir, el hecho de que la densidad de un líquido cambie en base a su temperatura), pero el aparato no lo inventó él.
El termómetro ha evolucionado mucho desde su invención y no ha dejado se ser un instrumento de medición muy popular. Tiene una amplia gama de usos y aplicaciones, desde la medicina hasta la medición de reacciones químicas desarrolladas en laboratorios.
En este enlace se muestra una línea de tiempo de la evolución del termómetro, desde el primer termoscopio de Galileo Galilei hasta el termómetro clínico digital, y se da una breve descripción de cada uno.
Me parece un experimento muy bonito y muy visual. Lo cierto es que no conocía este sistema, el cual me parece poco eficiente… porque al estar inmerso en agua amortigua mucho los cambios de temperatura. No obstante, creo que tiene sus utilidades y que sería muy bonito tener uno de esos para ir discutiendo sobre él en un aula, seguro que despierta el interés de los estudiantes!
Para los interesados como yo, dejo un enlace de compra para artilugios como este.
Si lo que nos interesa de verdad es obtener una medida de la temperatura precisa, entonces sería mejor recurrir a otro tipo de termómetros, pues el termómetro de Galileo trabaja en un rango de temperatura relativamente pequeño y con un margen de error de +/- 2ºC. Sin embargo, este termómetro es muy útil para observar cómo la densidad de un líquido cambia en función de su temperatura. Este termómetro consta de una columna de cristal llena con un líquido transparente y una serie de ampollas de vidrio de las que cuelgan unas chapitas que marcan la temperatura. Cada ampolla contiene una cantidad de aire y agua diferentes, de manera que sus densidades también son diferentes. Cuando el líquido transparente se calienta, su densidad disminuye, haciendo que las ampollas con una densidad superior a éste se vayan al fondo, las que tienen la misma densidad que el líquido se mantienen en equilibrio, y las de menor densidad flotan hacia la superficie de la columna. La ampolla que marca la temperatura es la que tiene la misma densidad que la de la columna, es decir, la que está en equilibrio. Ésta es fácil de reconocer, pues es la que está en el medio, justo por debajo de las que flotan y por encima de las que se van al fondo. Por el contrario, como se muestra en el vídeo del ejemplo, cuando la temperatura disminuye al ponerlo en un baño de agua con hielo, la densidad del agua aumenta, y por tanto las ampollas, que presentan una densidad menor, flotan hacia la superficie.
Santorio Santorio fué un médico italiano y un temprano exponente de la escuela de medicina iatrofisica, que trató de explicar el funcionamiento del cuerpo de los animales por razones puramente mecánicas. Santorio adaptó varias de las invenciones de Galileo a la práctica médica, como el desarrollo de un termómetro clínico (1612) y un reloj medidor del pulso (1602).
Como instrumento de medida, el termómetro de Galileo no destaca por su fiabilidad, ni por su rango de medición, ni por su precisión; sin embargo resulta muy atractivo poder explicar la variación de la densidad con la temperatura y la flotación en función de la densidad, con un objeto transparente que permite observar de forma directa lo que está sucediendo en ese mismo momento. En este enlace de Researchgate se pone en valor su utilidad como instrumento didáctico.
Interesante experimento. Persoalmente non o coñecía e é moi útil para aprender tanto a dependencia da densidade coa temperatura en certos materiais como para interiorizar que un termómetro é calquera magnitude física mensurable que dependa directamente da temperatura e da cal se poida deducir a temperatura de xeito sinxelo. Así, pódese falar tamén doutros termómetros simples coma o termómetro de mercurio, que funciona de xeito parecido: se temos un volume de cristal con sección de área constante e como a densidade do mercurio cae linealmente coa temperatura, a temperatura en equilibrio será proporcional á lonxitude de mercurio no volume. A menor área de sección, máis precisión na medición. Este principio pódese usar con outro material máis fácil de atopar e menos tóxico para crear un termómetro caseiro. Para reforzar que un termómetro é calquera magnitude que dependa da temperatura e da cal esta se poida extraer facilmente, pódense falar dos termómetros de infravermello, que utilizan o espectro electromagnético emitido por un corpo para medir a temperatura. A frecuencia do pico de emisión vén dada pola lei de Planck, supoñendo unha radiación de corpo negro ideal. Coñecendo o pico, pódese extraer a temperatura do corpo emisor. Considero que é interesante porque esta clase de termómetros empezan a verse en moitas partes.
El termómetro de Galileo permite observar de forma sencilla los cambios en la densidad de los líquidos en función de la temperatura. La densidad del líquido transparente del interior del tubo cambia de forma mucho más apreciable que la del contenido de las ampollas, por lo que la flotabilidad de estas determinará la temperatura (principio de Arquímedes). La siguiente página web indica los pasos necesarios para crear un termómetro de Galileo casero.
Este tipo de termómetro permite visualizar conceptos claves de termodinámica como temperatura y calor. Además, su funcionamiento se basa en el Principio de Arquímedes, siendo interesante a la hora de razonar la relación entre densidad y flotabilidad. Son termómetros poco precisos pero académicamente muy útiles.
El termómetro que se muestra en el vídeo es en realidad una versión moderna del termómetro original atribuido generalmente al físico y astrónomo italiano Galileo Galilei. Este primer termoscopio consistía en un tubo de vidrio largo y estrecho, con un bulbo situado en el extremo superior y el extremo inferior abierto se situaba dentro de un depósito de agua. Su funcionamiento era el siguiente: al calentarse el bulbo, se expulsaba cierta cantidad de aire, lo que hacía bajar el nivel del agua en el tubo; después, al bajar la temperatura del bulbo, el agua subía. Por lo tanto, para construirlo, se basó en que la densidad de un líquido cambiaba según la temperatura, por lo que, de acuerdo al principio de Arquímedes, hace que cambie su flotabilidad. Un termómetro como el que se muestra en el vídeo presenta diferentes aplicaciones didácticas. Es idóneo para estudiar la diferencia entre calor y temperatura, estudiar la influencia de la temperatura en el empuje de los cuerpos sumergidos en un fluido o explicar la variación de la densidad con la temperatura. Sin embargo, realizar nuestro propio termómetro de Galileo me parece una actividad bastante laboriosa, por lo que he consultado en internet y podemos encontrar diversos modelos ya hechos por menos de 20€.
Quiero aprovechar la temática de los termómetros para aportar una curiosidad que poca gente conoce. Los avances tecnológicos nos permiten conocer mediante distintos tipos de termómetros o dispositivos la temperatura o variación de la misma con gran exactitud. Sin embargo, como la mayoría de las veces, la naturaleza va un paso por delante y nos ofrece unos termómetros vivientes: los grillos. Todos los seres vivos estamos condicionados por los cambios del entorno, pudiendo ser más o menos sensibles a ellos, pero en el caso de los grillos se da una circunstancia muy curiosa y es que pueden no sólo avisarnos de los altibajos de la temperatura, sino decirnos casi con exactitud los grados. Ocurre que el organismo de estos insectos interactúa de manera directa con la temperatura que les rodea, acelerando o reduciendo los ritmos vitales de su metabolismo. Si la temperatura no es muy alta, su característico canto es más lento y espaciado, en cambio si hace más calor el sonido es más vigoroso y acelerado (motivo por el cual es más frecuente escucharlo en verano). Lo curioso es que estos cambios en la frecuencia del canto no son una simple referencia ambiental vaga de la temperatura, sino una muy exacta.
Para intentar calcular la temperatura exterior a través del canto del grillo debemos elegir a un individuo para contar el número de notas que emite durante un minuto. Luego se suman todas las notas emitidas, se divide la cifra por cinco y se le resta nueve. Suena a broma, pero lo cierto es que, si hemos realizado bien los cálculos, el resultado se aproximará mucho a la temperatura ambiente, expresada en grados centígrados, que marcará un termómetro. Esta sería la relación matemática entre la temperatura ambiente y la frecuencia con que un grillo emite su canto: Temperatura aire (ºC)= (cantos por minuto – 9)/5 Por tanto, si en algún momento queremos saber qué temperatura hace y tenemos un grillo cerca podremos conocer el dato sin necesidad de contar con un termómetro.
Se alguén non dispón de un termómetro de Galileo, neste vídeo amosan cómo facer un con obxectos relativamente baratos ou fáciles de atopar.
El funcionamiento del termómetro de Galileo está basado en la variación de la densidad (ρ) de un líquido con la temperatura. En este enlace se puede hacer una simulación y además incluye una explicación de la ley que explica cómo funciona este termómetro. Muy buena idea los comentarios que mencionan cómo poder hacer un termómetro de Galileo casero (¡o en clase!).
En relación con la termometría, se puede comentar sobre la historia de las escalas de temperatura más empleadas a día de hoy. En el proceso de fabricación de termómetros, Fahrenheit en 1724 crea una escala de temperatura donde fija el punto de congelación del agua salada a 30 grados y el de hervor 180 grados arriba. Finalmente empleó agua pura con una congelación a 32ºF y hervor a 212ºF. Se destaca también la escala Rankine la cual se basa en la medición de grados Farenheit en el cero absoluto, careciendo de valores negativos y propuesta por William Rankine en 1859. Veinticinco años más tarde, Anders Celsius crea una escala de 0 a 100. Aprovechando de la ventaja de emplear una escala de temperatura de valores positivos, William Thomson (Lord Kelvin) propone el uso del cero absoluto como inicio de la escala Celsius. Referencia.
Yo tengo uno de estos termómetros de Galileo en mi casa, desde luego es súper vistoso aunque tengo que decir que demasiado preciso, desde luego no es. De hecho, en el vídeo que estamos comentando se puede ver como el que lo desarrolla tiene que enfriar varias veces la parte de arriba, ya que se ve que que el agua de su interior no tiene demasiada convección. Vamos, que para tener precisión está claro que es mejor utilizar otros tipos de termómetros más actuales…
Este tipo de termómetros los puedes comprar por Amazon. Están bien para adornar, pero no sirven para medir la temperatura con precisión. Teóricamente, tienen una precisión de ±2°, y unido al altísimo calor específico del agua, hacen que no tengan ninguna utilidad práctica. Además, este experimento no me gusta demasiado porque implica comprarte algo que ya está fabricado, en vez de ser tú mismo el que haga ciencia con objetos cotidianos.
Este es un experimento muy visual para el alumnado pero requiere de poco, o ningún, trabajo de su parte, y, además, es necesario comprar un termómetro específico para el experimento, con lo que no me parece la actividad más adecuada para poner en práctica los conocimientos teóricos adquiridos en el aula.
Un experimento muy sencillo de termodinámica con termómetros se puede hacer con un termómetro graduado, de los tradicionales para ver la fiebre, al que le cubrimos el bulbo y la parte inferior del mismo con un algodón empapado en sustancias altamente volátiles (no tóxicas, por supuesto), como acetona o alcohol etílico. Se podrá ver el descenso de temperatura provocado por la evaporación de la sustancia.
Una forma muy sencilla de que los alumnos entiendan cómo funciona un termómetro de alcohol, y manejen algunos conceptos básicos como la dilatación y contracción de los líquidos, es haciendo un termómetro casero como actividad para llevar al aula. En la siguiente página se puede ver una sencilla explicación de cómo llevarlo a cabo, con materiales que podemos encontrar por casa.
Este instrumento se basa en el termoscopio inventado por Galileo Galilei a principios del siglo XVII. A diferencia del típico termómetro de mercurio en vidrio, que básicamente es una bombilla estrecha hecha con mercurio que se expande y contrae, el termómetro Galileo es mucho más complejo. Se compone de varias esferas de vidrio, cada una llena con una mezcla líquida de color que a menudo contiene alcohol, pero que incluso puede ser simplemente agua con colorante. Estas bolas flotantes se hunden o flotan dentro del agua circundante con el tiempo y la temperatura de manera muy lenta y elegante. El termómetro de Galileo funciona utilizando la densidad del agua, que cambia según aumenta o baja la temperatura. Cuando el aire ambiente que rodea al termómetro aumenta o disminuye de temperatura, también lo hará la temperatura del agua que rodea las burbujas de vidrio. A medida que la temperatura del agua sube o baja, el líquido se expandirá o contraerá, respectivamente, variando también la densidad en el proceso. Es un termometro muy intersante para llevarlo a clase de física y química
La temperatura es una de las siete magnitudes fundamentales del Sistema Internacional. Usualmente nuestro contacto temprano con la medida de temperatura posiblemente haya sido cuando hemos estado enfermos con fiebre y mediante un termómetro clínico llevamos un registro. Hasta hace unos años, el material principal de los termómetros era el mercurio, pero cuando se quiebra accidentalmente este instrumento, se genera una fuente importante de contaminación. ¿Sabe cómo tratar un derrame con mercurio? Aquí y aquí un par de enlaces. Se sugiere buscar información en su región sobre el protocolo a seguir. Ahora, hay fuentes de información como la revista «Scientific American» en donde usualmente dedican un apartado para actividades científicas. Aquí también se destaca la ventaja de conocer el idioma inglés, ya que es el lenguaje que predomina para estar debidamente actualizado. En este caso se trata de construir con materiales caseros, un termómetro. Un punto a destacar, es el tema de calibración de un instrumento. Tarea: ¿Qué significa «calibrar un instrumento»? Estamos rodeados por un mundo de medidas, y es importante saber desenvolverse y conocer los instrumentos más tradicionales y de ser posible, emplear los que incorporan tecnología digital. Otra pregunta importante en plantearse es: ¿Prefiere los instrumentos analógicos o digitales? ¿Ventajas y desventajas?
Este termómetro comparte similaritudes co diablillo de Descartes, o cal se fixo nun intento de crear un instrumento para medir a temperatura, e acabou quedando como un xoguete físico que se basa (en parte) no mesmo principio de flotabilidade.
Muy buenos videos y muy útiles para explicar cómo funciona un objeto tan común en la vida cotidiana y también para resaltar su importancia dentro de la misma.