Termometría y Densitometria (página 2)

TERMÓMETROS NORMALES: Estos termómetros son mercuriales, se utilizan en los psicrómetros para medir la temperatura ambiental deben ir acompañados de un certificado de calibración, que especifique una precisión de + 0.1° C al menos para seis puntos equidistantes en toda la gama de temperaturas. En las estaciones sinópticas los termómetros deben ser contrastados cada uno o dos años con un termómetro patrón. Cuando los termómetros psicométricos se utilizan en forma de pares deben elegirse de modo que las diferencias se reduzcan al mínimo entre los dos termómetros. Las tolerancias recomendadas para estas diferencias son ± 0.2 ° C para temperaturas positivas y de ± 0.1° C para temperaturas negativas.

El psicrómetro tipo AUGUST está constituido por un par de termómetros psicométricos: un termómetro de bulbo seco y un termómetro de bulbo húmedo el mismo que se halla recubierto de muselina. Mediante tablas psicométricas previamente calculadas, según la presión de la estación o lugar de medición, podemos obtener valores de la humedad relativa (HR), punto de rocío (PR), y tensión de vapor (TV).

Psicrómetro según ASSMANN puede efectuar mediciones de la humedad con exactitud de ± 1 %, bajo condiciones de servicio desfavorables. Este instrumento es de manejo fácil y posee gran exactitud, tratándose de temperaturas -20° C también pueden obtenerse resultados de medición suficientemente exactos.

En el lado frontal del instrumento hay un aspirador de muelle el cual aspira el aire a examinar referente a la humedad, abajo los tubos protectores de los termómetros con una velocidad superior a 2 m/s. A continuación al aire pasa al tubo de conexión céntrico y es expulsado por las aberturas en el borde del aspirador, por medio de las alas del aspirador. Cada uno de dos recipientes termométricos está rodeado de dos tubos protectores dispuestos concéntricamente a los recipientes, y están aislados contra el calor recíprocamente y contra las partes restantes del instrumento. Una parte del aire aspirado pasa por los recipientes termométricos y por los tubos protectores interiores, mientras que la otra corriente parcial pasa por los tubos protectores interiores y por los tubos protectores exteriores pulidos altamente brillantes y cromados. De manera, que los recipientes termométricos están protegidos excelentemente contra la conductividad y la radiación térmica, de manera que es posible realizar mediciones perfectas en lugares intensamente soleados.

TERMÓMETRO DE MAXIMA: El tipo recomendado es el termómetro mercurial con un estrangulamiento en el tubo capilar, entre el depósito de mercurio (bulbo) y el principio de la escala. Este estrechamiento impide a la columna de mercurio contraerse cuando la temperatura desciende.

No obstante, el termómetro puede ponerse de nuevo en estación cuando se quiera y para ello el observador debe sujetarlo firmemente con el bulbo hacia abajo y sacudirlo hasta que el mercurio de la columna vuelva a unirse. El termómetro de máxima debe estar montado en el soporte formando un ángulo de uno o dos grados con respecto a la horizontal, el bulbo debe ocupar la parte más baja para garantizar que la columna de mercurio se apoye sobre el estrangulamiento sin que la gravedad lo obligue a pasar por él.

TERMÓMETRO DE MÍNIMA: El instrumento más común es el termómetro de alcohol con un índice de vidrio oscuro, de unos dos centímetros de longitud, inmerso en el alcohol. El bulbo de los termómetros de mínima son en forma de "U" con el fin de almacenar mayor cantidad de líquido térmico debido a su densidad, en su extremo superior debe existir una cámara de seguridad suficientemente amplia para que el instrumento pueda soportar una temperatura de 50 C. Los termómetros de mínima deben tener un soporte similar al de los termómetros de máxima, en su posición casi horizontal

Los defectos de los termómetros de mínima son los comunes a todos los termómetros de alcohol; el más habitual es la rotura de la columna, especialmente durante los desplazamientos, y la adherencia del alcohol al vidrio. Frecuentemente se forman gotas de alcohol por destilación en la parte superior de la columna.

Una columna de líquido rota puede unirse de nuevo sujetando el termómetro por el extremo del bulbo y golpeándolo ligeramente pero con rapidez contra los dedos o cualquier otro material elástico y no demasiado duro. Estos golpecitos deben continuar durante algún tiempo y después el termómetro se lo debe mantener verticalmente con el bulbo hacia abajo durante al menos una hora para que el alcohol adherido al vidrio descienda hasta unirse con la columna principal. Si el método no da resultado, se puede utilizar un método más enérgico que consiste en enfriar el bulbo en una mezcla de hielo y sal manteniendo caliente al mismo tiempo la parte superior del tubo; el líquido destilará lentamente hacia la columna principal. También se puede introducir el termómetro verticalmente en agua caliente, cuidando que en el momento que el alcohol alcance la cámara de seguridad se lo debe sacar, para evitar que explote el termómetro si el alcohol se dilata dentro de la cámara de seguridad.

En los termómetros de mínima se pueden utilizar distintos líquidos tales como alcohol etílico, el pentano y el tolueno. Es importante que el líquido sea lo más puro posible, ya que la presencia de determinadas impurezas aumenta la tendencia del líquido a polimerizarse con la exposición a la luz y con el transcurso del tiempo. Esta polimerización causa cambios de calibración.

GEOTERMÓMETROS O TERMÓMETROS PARA LA TEMPERATURA DEL SUELO: Estos termómetros son mercuriales y se utilizan para medir la temperatura del subsuelo a diferentes profundidades como son: 2, 5, 10, 15, 20, 30, 50, y 100 cm estos se diferencian entre sí, únicamente por el nivel en el que se halla sumergido el bulbo del termómetro. Existen termómetros para medir temperaturas extremas a 2, 5, 10 y 20 cm.

Para medir temperaturas a profundidades de 50 cm o más, se recomiendan los termómetros de mercurio montados en el interior de tubos de madera, de vidrio o plástico, con sus depósitos recubiertos de cera o pintura metálica. El conjunto termómetro – tubo se suspende o desliza dentro de otros tubos de pared delgada de metal o plástico, introducidos en el terreno hasta la profundidad requerida.

Un gran constante tiempo debida a la elevada capacidad calorífica del conjunto permite sacar los termómetros de los tubos exteriores y leerlos sin que la temperatura haya tenido tiempo de cambiar apreciablemente con respecto a la temperatura del suelo.

TERMOMETROS TIPO SIX: Estos termómetros fueron creados por James Six. Este tipo de termómetros han llegado a ser populares porque no sólo indican la temperatura momentánea, sino que también marcan la temperatura máxima y mínima que ha existido desde la observación anterior.

Esta constituido de un tubo capilar en forma de U. En la parte inferior de este tubo capilar hay mercurio y encima del mercurio en los dos lados hay creosota. El lado izquierdo está completamente lleno de creosota, mientras que el lado derecho sólo lleva relleno de creosota una parte. El lado izquierdo sirve de parte sensible a la temperatura. Al aumentar la temperatura, se dilata la creosota que hay en lado izquierdo empujando el mercurio en dirección al lado derecho. Al bajar la temperatura el volumen de líquido medidor disminuye y el mercurio es empujado en dirección al lado izquierdo por causa de la presión de vapor existente en el lado derecho. Dos espigas metálicas (meniscos) que van rozando dentro del tubo capilar y que pueden ser rodeados del líquido térmico pero no del mercurio que solamente sirve de líquido obturante, son movidas por los dos meniscos de mercurio. Se quedan en la misma posición al retirarse el mercurio. Sus bordes inferiores indican la temperatura máxima y mínima respectivamente. Después de realizar la lectura de las temperaturas se hacen retroceder las espigas indicadoras (meniscos) a los meniscos del mercurio, mediante el imán suministrado con el termómetro. Este tipo de termómetros son utilizados para la medición de las temperaturas del agua en el tanque de evaporación tipo A.

TERMÓMETROS GASEOSOS: Este tipo de termómetro utiliza los cambios de presión de un gas cuyo volumen se mantiene constante. El gas generalmente es hidrógeno o helio, está contenido en el depósito C de la presión ejercida sobre él puede medirse mediante un manómetro abierto de mercurio. Cuando se eleva la temperatura del gas, se dilata, obligando al mercurio a descender en el tubo B y al elevarse al tubo A. Los tubos A y B están unidos por el tubo flexible de goma, D, y elevando A puede hacerse que el nivel de mercurio en B vuelva a la señal de referencia E. De este modo, el gas se mantiene a volumen constante.

TERMÓMETROS ELÉCTRICOS: Los instrumentos eléctricos son cada vez más populares para medir la temperatura en meteorología. Su principal virtud es su capacidad de dar una señal de salida adecuada para su utilización en la lectura a distancia, registró archivo o transmisión de los datos de temperatura. Con respecto a los que funcionan por expansión térmica presentan importantes ventajas a más de las ya indicadas. Forman parte de un circuito eléctrico y pueden así ser adosados a unidad de procesamiento cuya señal es una señal digital o analógica que puede ser registrada automáticamente. Pueden ser fabricados en dimensiones muy pequeñas del orden de 1 cm o menos y de peso de 1 gr. lo cual los hace óptimos para ser ubicados a bordo de radiosondas, cohetes, globos de cota fija y todo sistema de medición que presenta restricciones en cuanto a su peso y tamaño. Dadas las ventajas expuestas no tienen prácticamente inercia, es decir indican instantáneamente cambios de temperatura de hasta menos un décimo de grado. Pueden ser utilizados como elementos sensibles de termógrafos.

TERMÓMETROS DE RESISTENCIA ELÉCTRICA: Para representar la temperatura se puede utilizar la medida de la resistencia eléctrica de un material cuya resistencia varía con la temperatura de una manera conocida. Para pequeños cambios de temperatura, el aumento de resistencia de los metales puros es proporcional al cambio de temperatura.

Un buen termómetro de resistencia metálica satisfará los siguientes requisitos:

• Sus propiedades físicas y químicas permanecerán inalterables a lo largo de toda la gama de temperatura

• Su resistencia aumentará uniformemente al aumentar la temperatura, sin ninguna discontinuidad en la gama medida

• Las influencias externas, tales como la humedad, corrosión o deformaciones físicas, no alterarán sensiblemente su resistencia

• Su resistividad y coeficiente térmico de resistividad serán lo suficientemente grandes como para que resulten muy eficaces en un circuito de medida.

El platino puro es el que mejor satisface los citados requisitos. Por consiguiente, se utiliza en los termómetros patrones primarios. El cobre es un material adecuado como para utilizar en los patrones secundarios.

Los termómetros prácticos se envejecen artificialmente antes de usarlos y, habitualmente para fines meteorológicos se hacen de aleaciones de platino, níquel o cobre (y ocasionalmente tungsteno).

TERMÓMETROS DE CAPACITANCIA VARIABLE: Consisten en capacitores con electrodos de metal y en su interior tienen un dieléctrico sólido de cerámica cuya constante varía en función de la temperatura del medio. Dado que la capacitancia es función de la constante dieléctrica, al variar ésta varía la capacitancia y por lo tanto, la frecuencia de emisión.

TERMOPARES O TERMOCUPLAS: Se las denomina también cuplas termoeléctricas o pares termoeléctricos. Se basan en los efectos de Seebeck y Peltier.

Efecto Peltier: cuando se unen dos conductores de materiales distintos pero de una misma temperatura habrá una difusión de electrones de uno a otro hasta que se establezca en la unión de ambos un campo eléctrico de tal magnitud que los mantenga en equilibrio. La unión de ambos metales se convierte así en una fuerza electromotriz la cual es función de los metales y de la temperatura de la unión de dichos metales.

Efecto Seebeck: si se cierra el circuito formado por la unión de dos metales con las soldaduras a distintas temperaturas habrá un gradiente entre ambas. Como la temperatura de una unión T1 es distinta a las temperaturas de T2 de la otra, la fuerza electromotriz FEM de Peltier en T1 es distinta a la FEM de Peltier en T2 y circulará corriente en el sentido de la mayor FEM.

TERMÓMETROS DE DEFORMACIÓN: Los termómetros de deformación están constituidos generalmente por bimetálicos o tubos de bourdon cuyos principales elementos se utilizan en la construcción de los instrumentos registradores, Termógrafos.

Objetivos:

• 1) Estudiar las propiedades y características de diferentes tipos de termómetros, y estudiar las distintas medidas de temperaturas según las escalas de: Fahrenheit, Celsius y Kelvin.

• 2) Determinar el calor específico en las sustancias.

• 3) Calcular densidad de distintas sustancias.

Materiales utilizados:

• envases de helado de telgopor

• alambre

• termómetros

• alcohol

• plastilina

• cubo pequeño de madera

• trozo de plástico o vidrio sin bordes cortantes

• bulón de hierro

• llave de bronce

Procedimientos

PRACTICO DE TERMOLOGIA:

ACTIVIDAD Nº 1:

Resolver las siguientes situaciones:

• a) Dos termómetros de mercurio, idénticos, uno de ellos graduado en la escala de Celsius y otro en el Fahrenheit, están utilizándose para medir la temperatura de un mismo líquido. La altura de la columna de mercurio que indica esta temperatura en el termómetro Celsius ¿Es mayor, igual o menor a la altura correspondiente del termómetro Fahrenheit?

• b) Dos niños A y B tienen fiebre. La temperatura de A 1º C arriba de la temperatura normal y la de B esta 1ºF también arriba de la normal ¿Cuál de los 2 niños tiene mayor temperatura?

ACTIVIDAD Nº 2:

• Observar, dibujar y anotar las particularidades de diferentes termómetros.

ACTIVIDAD Nº 3:

• a) Coloquen 100 ml. De agua en un recipiente (que pueda calentarse).

• b) Midan la temperatura del agua antes de calentar y hagan algunas medicines mas (4 o 5) hasta que entre en ebullición; anoten 2 o 3 mediciones antes de finalizar.

• c) Estimen el valor medido en cada lectura de la siguiente manera: si la columna de mercurio se ubica, por ejemplo, entre 40 y 41º C y la escala del termómetro varia de 1 en 1º C, se informa la lectura como: (40,5 +/- 0,5)ºC.

• d) Registren los datos en una tabla.

• e) Anoten las observaciones durante el calentamiento. Indiquen los inconvenientes en el momento de medir la temperatura.

• f) Grafique los datos obtenidos hasta 30 segundos después de que el liquido entro en ebullición, en un grafico T=f (t).

• g) Calcule el error absoluto y el relativo porcentual de las mediciones realizadas. la temperatura normal del agua pura a presión normal es de (100 +/- 1). Averigüen la presión atmosférica con que están trabajando.

• h) En función de los resultados obtenidos ¿Podrían asegurar que realizaron una buena medición? ¿Cuales podrían ser las causas que provocaron errores en las mediciones de temperaturas con termómetros de mercurio?

ACTIVIDAD Nº 4:

DETERMINACION DE CALOR ESPECÍFICO DE UNA SUSTANCIA.

1)

• a) Coloquen 100 ml de agua en un recipiente y midan su temperatura.

• b) Agreguen 100 ml de agua previamente calentada hasta 80º C y cierren enseguida el calorímetro. Revuelvan suavemente con el agitador hasta que se estabilicé la temperatura. Midan esa temperatura que es la de equilibrio.

• c) Con los datos obtenidos calculen el equivalente en agua del calorímetro.

Ma: masa de agua del calorímetro.

Mb: masa de agua caliente.

T1: temperatura inicial del calorímetro y el agua Ma.

T2: temperatura inicial de la Mb.

Tf: temperatura final de equilibrio. ?T: Tf – T1 ?T: Tf – T2

Ca: calor especifico del agua.

2)

• a) Coloquen en el calorímetro (cuyo ya conocen) una masa de agua Ma de 100 gramos y midan su temperatura.

• b) Calienten hasta una temperatura Ts (50º) una masa Ms de 100 grs. De la sustancia a analizar.

• c) Introduzcan la sustancia en el calorímetro, ciérrenlo y agiten suavemente hasta obtener la temperatura final de equilibrio:

Qgan + Qper = 0

PRACTICO DE DENSITOMETRIA.:

ACTIVIDAD Nº 1:

• Observen y dibujen los densitómetros existentes en el laboratorio de la escuela.

ACTIVIDAD Nº 2:

• Traer plastilina, un poco por grupo. Amasen y formen un cuerpo a su gusto. Después piensen como podrían determinar su densidad.

• Traer un trozo de vidrio, un cubo de madera, un bulón de hierro y averiguar su densidad según alguna técnica que el grupo determine.

• Buscar en bibliografía la densidad de la madera, del hierro, del bronce y comparar con lo obtenido.

Registro e interpretación de resultados

ACTIVIDAD Nº 1:

• a) La altura de la columna de mercurio que indica la temperatura en grados Celsius será menor, debido a que la escala en ºC tiene un valor que va desde los 0ºC a los 100ºC, en cambio, la Fahrenheit tiene una escala que va desde los 32ºF hasta los 212ºF. Esto muestra que los valores de la ultima serán más altos con respecto a la de los ºC. ejemplo: 0ºC en la escala de Fahrenheit será igual a 32ºF, mientras que cualquier otra temperatura expresada en ºC, será igual a una temperatura con valore más altos en la escala de Fahrenheit.

• b) ºC: ºF:

OºC – 100ºC 32ºF – 212ºF

100ºC 180ºF

1ºC X= 1,8ºF

El niño A tiene más fiebre, porque 1ºC, equivale a 1,8ºF. Esto quiere decir que el niño A tiene 1,8ºF más de fiebre, mientras que el niño B, tiene 1ºF más.

ACTIVIDAD Nº 2:

ACTIVIDAD Nº 3:

• b) Tº antes de poner el agua a calentar: 21ºC.

• c) Punto de ebullición de: agua de la canilla con una presión atmosférica de 902 Hpa.

• e) Observaciones: Pudimos observar que cada 15 segundos, la temperatura aumentaba cada 1ºC aproximadamente, en algunos casos subía un poco más de 1ºC y en otros casos se mantenía casi constante. Comenzamos con una temperatura de 21ºC y ebulló a los 82,5ºC después de 14 minutos y 30 segundos.

Inconvenientes: En la primera medición, nos perdimos con el tiempo, por lo tanto tuvimos que empezar de vuelta.

• f) 

• g) ERROR ABSOLUTO:

Resultado que obtuvimos con el agua de la canilla: 82ºC a 902 Hpa.

Agua pura: 100ºC a presión normal (1014 Hpa)

ERROR RELATIVO PORCENTUAL:

(Error absoluto/ valor más probable) . 100= error relativo porcentual.

(-7ºC/ 89) . 100=

-0,7 . 100= -7,86º ERROR RELATIVO: Indica lo lejos que estuvimos de la medición.

• h) No podemos afirmar si según los resultados obtenidos, realizamos o no una buena medición, porque no estamos teniendo en cuenta que el agua que utilizamos no era pura. Esto también hace que los resultados varíen y por eso, nos pudo haber dado el margen de error tan elevado.

ACTIVIDAD Nº 4:

• a) Temperatura del agua: 16ºC

• b) Temperatura del agua caliente: 80ºC

• c) Temperatura de equilibrio:

Autor:

Alumnas:

Johana Mutio

Daiana Carrasco

Laura Mera

Tema: Termometría.

Materia: Edi Agua- Laboratorio.

Escuela: 767- Julián Ripa.

Curso: 3º naturales.