La Escala Internacional de Temperatura de 1990 ( ITS-90 ) publicada por el Comité Consultivo de Termometría (CCT) del Comité Internacional de Pesas y Medidas (CIPM) es un estándar de calibración de equipos para realizar mediciones en las escalas de temperatura Kelvin y Celsius . ITS-90 es una aproximación de la escala de temperatura termodinámica que facilita la comparabilidad y compatibilidad de las mediciones de temperatura a nivel internacional. Especifica catorce puntos de calibración que van desde0,65 ± 0 K hasta1 357 0,77 ± 0 K (−272,50 ± 0 ° C hasta1 084 .62 ± 0 ° C ) y se subdivide en múltiples rangos de temperatura que se superponen en algunos casos. ITS-90 es la última (a partir de 2014) de una serie de escalas de temperatura internacionales adoptadas por el CIPM desde 1927. [1] Adoptada en la Conferencia General de Pesos y Medidas de 1989, reemplaza la Escala de Temperatura Práctica Internacional de 1968 (edición enmendada de 1975) y la "Escala de temperatura provisional de 0,5 K a 30 K" de 1976. CCT también adoptó una mise en pratique (instrucciones prácticas) en 2011. [2] La temperatura más baja cubierta por ITS-90 es 0,65 K. En 2000, la escala de temperatura se amplió aún más, a 0,9 mK, mediante la adopción de un suplemento escala, conocida como laEscala Provisional de Baja Temperatura de 2000 (PLTS-2000). [3]
En 2019, el kelvin se redefinió , sin embargo, la alteración fue muy leve en comparación con las incertidumbres de ITS-90, por lo que el ITS-90 sigue siendo la escala de temperatura práctica recomendada sin cambios significativos. Se prevé que la redefinición, combinada con mejoras en los métodos de termometría primaria, permitirá eliminar gradualmente la dependencia de ITS-90 (y PLTS-2000) en el futuro. [4]
Detalles [ editar ]
ITS-90 está diseñado para representar la escala de temperatura termodinámica (absoluta) (haciendo referencia al cero absoluto ) lo más fielmente posible en todo su rango. Se requieren muchos diseños de termómetros diferentes para cubrir todo el rango. Estos incluyen termómetros de presión de vapor de helio, termómetros de gas helio, termómetros de resistencia de platino estándar (conocidos como SPRT, PRT o RTD de platino) y termómetros de radiación monocromáticos .
Aunque las escalas Kelvin y Celsius se definieron (hasta 2019) utilizando el cero absoluto (0 K) y el punto triple del agua (273,16 K y 0,01 ° C), no es práctico utilizar esta definición a temperaturas muy diferentes a las del triple. punto de agua. En consecuencia, ITS-90 utiliza numerosos puntos definidos, todos los cuales se basan en varios estados de equilibrio termodinámico de catorce elementos químicos puros y un compuesto (agua). La mayoría de los puntos definidos se basan en una transición de fase ; específicamente el punto de fusión / congelación de un elemento químico puro. Sin embargo, los puntos criogénicos más profundos se basan exclusivamente en larelación presión de vapor / temperatura del helio y sus isótopos, mientras que el resto de sus puntos fríos (los que están por debajo de la temperatura ambiente) se basan en puntos triples . Ejemplos de otros puntos definitorios son el punto triple del hidrógeno (-259,3467 ° C) y el punto de congelación del aluminio (660,323 ° C).
Los termómetros calibrados según ITS-90 utilizan fórmulas matemáticas complejas para interpolar entre sus puntos definidos. ITS-90 especifica un control riguroso sobre las variables para garantizar la reproducibilidad de un laboratorio a otro. Por ejemplo, se compensa el pequeño efecto que tiene la presión atmosférica sobre los distintos puntos de fusión (un efecto que normalmente no supera la mitad de un milikelvin en las diferentes altitudes y presiones barométricas que probablemente se encuentren). El estándar incluso compensa el efecto de la presión debido a la profundidad con la que se sumerge la sonda de temperatura en la muestra. ITS-90 también establece una distinción entre puntos de "congelación" y "fusión". La distinción depende de si el calor que está pasando en (fusión) o de(congelar) la muestra cuando se realiza la medición. Solo el galio se mide mientras se derrite; todos los demás metales se miden mientras las muestras se congelan.
Un efecto práctico de ITS-90 es que los puntos triples y los puntos de congelación / fusión de sus trece elementos químicos se conocen con precisión para todas las mediciones de temperatura calibradas por ITS-90, ya que estos trece valores están fijados por su definición.
Limitaciones [ editar ]
A menudo, existen pequeñas diferencias entre las mediciones calibradas según ITS-90 y la temperatura termodinámica . Por ejemplo, las mediciones precisas muestran que el punto de ebullición del agua VSMOW bajo una atmósfera estándar de presión es en realidad 373,1339 K (99,9839 ° C) cuando se adhiere estrictamentea la definición de dos puntos de temperatura termodinámica. Cuando se calibra a ITS-90, donde se debe interpolar entre los puntos de definición de galio e indio, el punto de ebullición del agua VSMOW es aproximadamente 10 mK menos, aproximadamente 99,974 ° C. La virtud de ITS-90 es que otro laboratorio en otra parte del mundo medirá la misma temperatura con facilidad debido a las ventajas de un estándar de calibración internacional completo que presenta muchos puntos de definición convenientemente espaciados, reproducibles y que abarcan un amplio rango de temperaturas.
Aunque “Escala internacional de temperatura de 1990” tiene la palabra “escala” en su título, este es un nombre inapropiado que puede inducir a error. ITS-90 no es una escala; es un estándar de calibración de equipos . Las temperaturas medidas con equipo calibrado según ITS-90 pueden expresarse utilizando cualquier escala de temperatura como Celsius, Kelvin, Fahrenheit o Rankine. Por ejemplo, se puede medir una temperatura usando un equipo calibrado según el estándar ITS-90 basado en kelvin, y ese valor se puede convertir y expresar como un valor en la escala Fahrenheit (por ejemplo, 211,953 ° F).
ITS-90 no se ocupa de los equipos y procedimientos altamente especializados que se utilizan para medir temperaturas extremadamente cercanas al cero absoluto. Por ejemplo, para medir temperaturas en el rango de nanokelvin (mil millonésimas de kelvin), los científicos utilizan equipos láser de celosía óptica para enfriar adiabáticamente átomos, apagar los láseres de atrapamiento y simplemente medir qué tan lejos se desplazan los átomos con el tiempo para medir su temperatura. Un átomo de cesio con una velocidad de 7 mm / s equivale a una temperatura de aproximadamente 700 nK (que fue una temperatura fría récord alcanzada por el NIST en 1994).
Las estimaciones de las diferencias entre la temperatura termodinámica y el ITS-90 ( T - T 90 ) se publicaron en 2010. Se hizo evidente que ITS-90 se desviaba considerablemente de PLTS-2000 en el rango superpuesto de 0,65 K a 2 K. Para abordar Para ello, se adoptó una nueva escala de presión de vapor de 3 He, conocida como PTB-2006. Para temperaturas más altas, los valores esperados para T - T 90 están por debajo de 0.1 mK para temperaturas de 4.2 K - 8 K, hasta 8 mK a temperaturas cercanas a 130 K, a 0.1 mK [4] en el punto triple del agua (273.1600 K) , pero aumentando nuevamente a 10 mK a temperaturas cercanas a 430 K, y alcanzando 46 mK a temperaturas cercanas a 1150 K. [5]
Termómetros de interpolación estándar y sus rangos [ editar ]
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| Inferior (K) | Superior (K) | Variaciones | Termómetro | Estrategia de calibración e interpolación |
|---|---|---|---|---|
| 0,65 | 3,2 | 1 | Termómetro de presión de vapor de helio-3 | Relación presión- temperatura de vapor fijada por una función especificada. |
| 1,25 | 2.1768 | 1 | Termómetro de presión de vapor de helio-4 | Relación presión- temperatura de vapor fijada por una función especificada. |
| 2.1768 | 5,0 | 1 | Termómetro de presión de vapor de helio-4 | Relación presión- temperatura de vapor fijada por una función especificada. |
| 3,0 | 24.5561 | 1 | Termómetro de gas helio | Calibrado en tres puntos fijos en este rango e interpolado de una manera específica. |
| 13.8033 | 1234,93 | 11 | Termómetro de resistencia de platino | Resistencia calibrada en varios puntos fijos e interpolada de una manera especificada. Se especifican once procedimientos de calibración distintos. |
| 1234,93 | 3 | Pirómetro óptico | Calibrado en un punto fijo y extrapolado según la ley de Planck . Puede calibrarse en el punto de congelación de Ag, Au o Cu. |
Definición de puntos [ editar ]
La siguiente tabla enumera los puntos fijos que definen ITS-90.
| Sustancia y su estado | Punto de definición (rango) | |||
|---|---|---|---|---|
| K | ° C | ° R | ° F | |
| Triple punto de hidrógeno | 13.8033 | −259,3467 | 24.8459 | −434,8241 |
| Triple punto de neón | 24.5561 | −248,5939 | 44.2010 | −415,4690 |
| Triple punto de oxígeno | 54.3584 | −218,7916 | 97.8451 | −361,8249 |
| Triple punto de argón | 83.8058 | −189,3442 | 150.8504 | −308,8196 |
| Triple punto de mercurio | 234.3156 | −38,8344 | 421.7681 | −37,9019 |
| Triple punto de agua [nota 1] | 273.16 | 0,01 | 491,69 | 32.02 |
| Punto de fusión [nota 2] del galio | 302.9146 | 29.7646 | 545.2463 | 85.5763 |
| Punto de congelación [nota 2] del indio | 429.7485 | 156.5985 | 773.5473 | 313.8773 |
| Punto de congelación [nota 2] del estaño | 505.078 | 231.928 | 909.140 | 449.470 |
| Punto de congelación [nota 2] del zinc | 692.677 | 419.527 | 1.246,819 | 787.149 |
| Punto de congelación [nota 2] del aluminio | 933.473 | 660.323 | 1,680.251 | 1.220.581 |
| Punto de congelación [nota 2] de la plata | 1.234,93 | 961,78 | 2.222,87 | 1,763.20 |
| Punto de congelación [nota 2] del oro | 1.337,33 | 1.064,18 | 2.407,19 | 1.947,52 |
| Punto de congelación [nota 2] del cobre | 1.357,77 | 1.084,62 | 2.443,99 | 1.984,32 |
- ^ El punto triple del agua se aproxima con frecuencia utilizando el punto de fusión del agua en condiciones estándar de temperatura y presión .
- ^ a b c d e f g h Los puntos de fusión y congelación se distinguen por si el calor entra o sale de la muestra cuando se mide su temperatura. Consulte el punto de fusión para obtener más información.
Ver también [ editar ]
- Temperatura termodinámica (absoluta) : la "temperatura verdadera" que ITS-90 está intentando aproximar.
- Escala de temperatura baja provisional de 2000 (PLTS-2000): una escala de temperatura más nueva para el rango de 0,0009 K a 1 K, basada en la presión de fusión del helio-3 .
- Kelvin
- Triple punto
- Agua del océano medio estándar de Viena (VSMOW)
- Termómetro de resistencia
- Termómetro de resistencia de platino
- Locus de Planckian § Escala internacional de temperatura : cómo las sucesivas revisiones de la escala de temperatura han afectado la relación entre el espectro y la temperatura de un cuerpo negro
Referencias [ editar ]
- ^ "A partir de 1927, el CIPM, actuando bajo la autoridad de la Conferencia General de Pesas y Medidas (CGPM) y, desde 1937, con el asesoramiento de su Comité Consultivo de Termometría (CCT), ha adoptado una serie de escalas de temperatura internacionales . Posteriormente a la escala de 1927, se adoptaron nuevas escalas en 1948, 1968 y 1990, con revisiones menores ocasionales en años intermedios ".
- ^ "En la práctica, la termometría primaria es difícil y requiere mucho tiempo y no es un medio práctico para difundir el kelvin. Como alternativa, la Escala Internacional de Temperatura proporciona una receta aceptada internacionalmente para conocer la temperatura de una manera práctica". Comité Consultivo de Termometría, " Mise en pratique para la definición del kelvin", 2011.
- ^ "Se ha realizado una investigación considerable para establecer una escala de temperatura que se extienda a temperaturas inferiores a 0,65 K; el resultado resultante es el PLTS-2000, que define la temperatura desde 1 K hasta 0,9 mK. El PLTS-2000 es explícitamente una escala provisional, reconociendo que los conjuntos de datos que componen la base de la escala eran algo inconsistentes por debajo de 10 mK. En el rango de temperatura de 0,65 K a 1 K, la temperatura puede definirse en el ITS-90 o en el PLTS-2000. Cualquiera de las dos escalas es aceptable; la elección La escala típicamente está dictada por la conveniencia o la incertidumbre alcanzable de realización. En esos raros casos donde el uso de cualquiera de las escalas es conveniente, T 2000 es una mejor aproximación de la temperatura termodinámica que T 90en la región de superposición. "Comité Consultivo de Termometría," Mise en pratique para la definición del kelvin ", 2011.
- ↑ a b " Mise en pratique for the definition of the kelvin in the SI" BIPM, mayo de 2019.
- ^ Estimaciones de las diferencias entre la temperatura termodinámica y el ITS-90 (2010)
- Preston-Thomas H., Metrologia, 1990, 27 (1), 3-10 (versión enmendada).
- " Mise en pratique para la definición del kelvin" (PDF) . Sèvres , Francia: Comité Consultivo de Termometría (CCT), Comité Internacional de Pesas y Medidas (CIPM). 2011 . Consultado el 25 de junio de 2013 .
- Comité Consultivo de Termometría (CCT) (1989). "La escala internacional de temperatura de 1990 (ITS-90)" (PDF) . Procès-verbaux du Comité International des Poids et Mesures, 78ª reunión . Sèvres , Francia: Comité Internacional de Pesas y Medidas (CIPM) . Consultado el 25 de junio de 2013 .
Enlaces externos [ editar ]
- El recurso de Internet ITS-90 (por ISOTech Ltd)
- ITS-90 (por el Instituto Nacional Sueco de Pruebas e Investigación)
- Acerca de los sensores de temperatura (depósito de información)
- Base de datos de termopares NIST ITS-90 (por el Departamento de Comercio de los Estados Unidos, Instituto Nacional de Estándares y Tecnología)
- Conversión entre diferentes escalas de temperatura internacionales; ecuaciones y algoritmos.
- Publicación oficial del CIPM de ITS-90 en la 78a reunión en 1989
