Termometría y Densitometria

Resumen

Dilatación de los líquidos

Los líquidos se caracterizan por dilatarse al aumentar la temperatura, siendo su dilatación volumétrica unas diez veces mayor que la de los sólidos.

Sin embargo, el líquido más común, el agua, no se comporta como los otros líquidos. En la figura, se muestra la curva de dilatación del agua. Se puede notar que, entre 0 y 4ºC el agua líquida se contrae al ser calentada, y se dilata por encima de los 4ºC, aunque no linealmente. Sin embargo, si la temperatura decrece de 4 a 0ºC, el agua se dilata en lugar de contraerse. Dicha dilatación al decrecer la temperatura no se observa en ningún otro líquido común; se ha observado en ciertas sustancias del tipo de la goma y en ciertos sólidos cristalinos en intervalos de temperatura muy limitados, un fenómeno similar. La densidad del agua tiene un máximo a 4ºC, donde su valor* es de 1 000 kg/m3. A cualquier otra temperatura su densidad es menor. Este comportamiento del agua es la razón por la que en los lagos se congela primero la superficie, y es en definitiva lo que hace posible la vida subacuática.

Esta propiedad es importante en la ingeniería, recordemos que los dos fluidos más importantes para un ingeniero son el agua y el aire, el primero prácticamente incompresible y el segundo sensiblemente compresible.

Como el líquido carece de forma propia, solo puede tener sentido hablar de dilatación cúbica, pues sus dimensiones dependen del recipiente que lo contiene, observándose un ascenso del nivel del fluido debido a que en general, los líquidos se dilatan más que los sólidos y en particular, que el vidrio.

Cuando los líquidos se calientan es más difícil medir el cambio de volumen que experimentan que en los sólidos, porque, a la vez que el líquido, también se dilata el recipiente que lo contiene.

Imagen:

Los líquidos tienen mayores coeficientes de dilatación que los sólidos, aunque no son constantes: varían con la temperatura. El mercurio es el líquido con coeficiente de dilatación más constante; por eso se utiliza en los termómetros.

Tipos de termómetros

TERMÓMETROS LIQUIDOS: Todos los cuerpos líquidos, sólidos y gaseosos se dilatan o cambian de volumen con las variaciones de temperatura y gracias a estas propiedades físicas de los cuerpos, en meteorología se utilizan según las necesidades, termómetros de alcohol o mercurio. Estos termómetros hacen uso de la dilatación diferencial de un líquido puro con respecto al tubo de vidrio que lo contiene. Para que la dilatación sea más visible el cuerpo térmico está formado por un bulbo o depósito unido con el tubo capilar muy delgado en el que se refleja con gran sensibilidad las variaciones de volumen. Las variaciones de volumen del líquido son indicados por los cambios de longitud del líquido en el interior del capilar. La escala térmica se graba mediante la calibración con respecto a un termómetro patrón nacional o regional.

Si los termómetros van a prestar servicio en una Red de Estaciones Meteorológicas estos deberán ser contrastados con referencia a un termómetro patrón en una Cámara Termométrica y llevar consigo una tarjeta de contraste, el error no deberá ser mayor a ± 0.3° C. El tipo de líquido termométrico que se utilice en la construcción de los diferentes termómetros va a depender del tipo de temperatura que vaya a medir. En la construcción de termómetros para fines meteorológicos los líquidos que se utilizan son: El mercurio, el alcohol etílico, el pentano, el tolueno, y mercurio – talio. El mercurio generalmente se utiliza en la construcción de termómetros con fines meteorológicos por:

• Se puede obtener la pureza perfecta.

• Su punto de ebullición es de 360 ° C, de congelación – 38.8° C. Encontrándose entre estos márgenes la mayoría de temperaturas que se registran en la naturaleza.

• El mercurio por ser un metal líquido adquiere rápidamente la temperatura del medio ambiente que lo rodea.

El alcohol etílico se utiliza en la construcción de termómetros para la medición de temperaturas mínimas, ya que su punto de congelación es de -130 ° C y de ebullición 79 ° C, aunque con bajas temperaturas pierde fluidez. El tolueno se utiliza con los mismos fines, con una ventaja que con temperaturas de – 70 ° C conserva su fluidez, su punto de ebullición es de 110 ° C.

El vidrio que se utiliza en la construcción de los termómetros debe tener un pequeño coeficiente de dilatación para evitar y disminuir los errores por instrumental.