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La medición de temperatura (también conocida como termometría ) describe el proceso de medir una temperatura local actual para una evaluación inmediata o posterior. Se pueden utilizar conjuntos de datos que constan de mediciones estandarizadas repetidas para evaluar las tendencias de temperatura.
Algunos de los principios de la termometría eran conocidos por los filósofos griegos de hace dos mil años. Como señaló Henry Carrington Bolton (1900), el "desarrollo del termómetro de un juguete tosco a un instrumento de precisión ocupó más de un siglo, y su historia temprana está cargada de afirmaciones erróneas que han sido reiteradas con tal dogmatismo que han recibido el sello falso de autoridad ". [1] En las primeras décadas del siglo XVIII en la República Holandesa , Daniel Gabriel Fahrenheit [2] realizó dos avances revolucionarios en la historia de la termometría. Inventó el termómetro de mercurio en vidrio (el primer termómetro práctico, preciso y ampliamente utilizado)[1] y escala Fahrenheit (primera escala de temperatura estandarizadaque se utiliza ampliamente). [1]
Historia [ editar ]
Los intentos de medición de temperatura estandarizada antes del siglo XVII fueron, en el mejor de los casos, toscos. Por ejemplo, en 170 d. C., el médico Claudius Galenus [3] mezcló porciones iguales de hielo y agua hirviendo para crear un estándar de temperatura "neutral". El campo científico moderno tiene su origen en los trabajos de los científicos florentinos en el siglo XVII, incluidos los dispositivos de construcción de Galileo capaces de medir el cambio relativo de temperatura, pero también sujetos a confusión con los cambios de presión atmosférica. Estos primeros dispositivos se llamaron termoscopios . El primer termómetro sellado fue construido en 1654 por el Gran Duque de Toscani, Fernando II . [3] El desarrollo de los termómetros actualesy las escalas de temperatura comenzaron a principios del siglo XVIII, cuando Gabriel Fahrenheit produjo un termómetro y una escala de mercurio , ambos desarrollados por Ole Christensen Rømer . La escala Fahrenheit todavía está en uso, junto con las escalas Celsius y Kelvin .
Tecnologías [ editar ]
Se han desarrollado muchos métodos para medir la temperatura. La mayoría de estos se basan en la medición de alguna propiedad física de un material de trabajo que varía con la temperatura. Uno de los dispositivos más comunes para medir la temperatura es el termómetro de vidrio . Consiste en un tubo de vidrio lleno de mercurio o algún otro líquido, que actúa como fluido de trabajo. El aumento de temperatura hace que el fluido se expanda, por lo que la temperatura se puede determinar midiendo el volumen del fluido. Dichos termómetros generalmente se calibran para que se pueda leer la temperatura simplemente observando el nivel del líquido en el termómetro. Otro tipo de termómetro que realmente no se usa mucho en la práctica, pero que es importante desde un punto de vista teórico, es el termómetro de gas .
Otros dispositivos importantes para medir la temperatura incluyen:
- Termopares
- Termistores
- Detector de temperatura de resistencia (RTD)
- Pirómetro
- Sondas de Langmuir (para la temperatura de los electrones de un plasma )
- Termómetro infrarojo
- Otros termómetros
Se debe tener cuidado al medir la temperatura para asegurarse de que el instrumento de medición (termómetro, termopar, etc.) tenga realmente la misma temperatura que el material que se está midiendo. En algunas condiciones, el calor del instrumento de medición puede causar un gradiente de temperatura, por lo que la temperatura medida es diferente de la temperatura real del sistema. En tal caso, la temperatura medida variará no solo con la temperatura del sistema, sino también con las propiedades de transferencia de calor del sistema.
El confort térmico que experimentan los seres humanos, los animales y las plantas está relacionado con algo más que la temperatura que se muestra en un termómetro de vidrio. Los niveles de humedad relativa en el aire ambiente pueden inducir un enfriamiento más o menos evaporativo. La medición de la temperatura de bulbo húmedo normaliza este efecto de humedad. La temperatura radiante media también puede afectar el confort térmico. El factor de sensación térmica hace que el clima se sienta más frío en condiciones de viento que en condiciones de calma, aunque un termómetro de vidrio muestra la misma temperatura. El flujo de aire aumenta la tasa de transferencia de calor desde o hacia el cuerpo, lo que resulta en un cambio mayor en la temperatura corporal para la misma temperatura ambiente.
La base teórica de los termómetros es la ley cero de la termodinámica que postula que si tienes tres cuerpos, A, B y C, si A y B están a la misma temperatura, y B y C están a la misma temperatura, entonces A y C son a la misma temperatura. B, por supuesto, es el termómetro.
La base práctica de la termometría es la existencia de celdas de triple punto . Los puntos triples son condiciones de presión, volumen y temperatura en las que tres fases están presentes simultáneamente, por ejemplo, sólida, vapor y líquida. Para un solo componente, no hay grados de libertad en un punto triple y cualquier cambio en las tres variables da como resultado que una o más de las fases desaparezcan de la celda. Por lo tanto, las celdas de triple punto se pueden utilizar como referencias universales para temperatura y presión (consulte la regla de fase de Gibbs ).
En algunas condiciones, es posible medir la temperatura mediante el uso directo de la ley de Planck de la radiación del cuerpo negro . Por ejemplo, la temperatura de fondo cósmica de microondas se ha medido a partir del espectro de fotones observado por observaciones de satélite como el WMAP . En el estudio del plasma de quarks-gluones a través de colisiones de iones pesados , los espectros de partículas individuales a veces sirven como termómetro.
Termometría no invasiva [ editar ]
Durante las últimas décadas se han desarrollado muchas técnicas termométricas. Las técnicas termométricas no invasivas más prometedoras y extendidas en un contexto biotecnológico se basan en el análisis de imágenes de resonancia magnética, imágenes de tomografía computarizada y ecotomografía. Estas técnicas permiten monitorear la temperatura dentro de los tejidos sin introducir un elemento sensor. [4] En el campo de los flujos reactivos (p. Ej., Combustión, plasmas), la fluorescencia inducida por láser (LIF), los CARS y la espectroscopia de absorción láser se han utilizado para medir la temperatura en el interior de motores, turbinas de gas, tubos de choque, reactores de síntesis [ 5], etc. La capacidad de estas técnicas ópticas incluye la medición rápida (hasta escalas de tiempo de nanosegundos), a pesar de la capacidad de no perturbar el objeto de la medición (por ejemplo, la llama, gases calentados por choque).
Temperatura del aire en la superficie [ editar ]
La temperatura del aire cerca de la superficie de la Tierra se mide en observatorios meteorológicos y estaciones meteorológicas , generalmente utilizando termómetros colocados en un refugio como la pantalla Stevenson , un refugio de instrumentos pintado de blanco bien ventilado y estandarizado. Los termómetros deben colocarse entre 1,25 y 2 m del suelo. Los detalles de esta configuración los define la Organización Meteorológica Mundial (OMM).
Se podría obtener una media diaria real a partir de un termógrafo de registro continuo . Por lo general, se aproxima por medio de lecturas discretas (por ejemplo, lecturas de 24 horas, cuatro lecturas de 6 horas, etc.) o por medio de lecturas diarias mínima y máxima (aunque estas últimas pueden dar como resultado temperaturas medias de hasta 1 ° C). más frío o más cálido que la media real, según el momento de la observación). [6]
La temperatura media del aire en la superficie del mundo es de unos 14 ° C.
Comparación de escalas de temperatura [ editar ]
| Comentario | Kelvin K | Celsius ° C | Fahrenheit ° F | Rankine ° Ra (° R) | Delisle ° D ¹ | Newton ° N | Réaumur ° R (° Ré, ° Re) ¹ | Rømer ° Rø (° R) ¹ |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Cero absoluto | 0 | −273,15 | −459,67 | 0 | 559.725 | −90,14 | −218,52 | −135,90 |
| Temperatura natural más baja registrada en la Tierra ( Vostok, Antártida - 21 de julio de 1983) | 184 | −89 | −128 | 331 | 284 | −29 | −71 | −39 |
| Temperatura de "cruce" de grados Celsius / Fahrenheit | 233.15 | −40 | –40 | 419,67 | 210 | –13,2 | –32 | –13,5 |
| Mezcla de hielo / sal de Fahrenheit | 255,37 | −17,78 | 0 | 459,67 | 176,67 | −5,87 | −14,22 | −1,83 |
| El agua se congela (a presión estándar ) | 273.15 | 0 | 32 | 491,67 | 150 | 0 | 0 | 7.5 |
| Temperatura superficial promedio en la Tierra | 287 | 14 | 57 | 517 | 129 | 4.6 | 12 | 15,4 |
| Temperatura media del cuerpo humano ² | 310,0 ± 0,7 | 36,8 ± 0,7 | 98,2 ± 1,3 | 557,9 ± 1,3 | 94,8 ± 1,1 | 12,1 ± 0,2 | 29,4 ± 0,6 | 26,8 ± 0,4 |
| La temperatura superficial más alta registrada en la Tierra ( Furnace Creek, EE . UU. - 10 de julio de 1913) | 329,8 | 56,7 | 134 | 593,7 | 65,0 | 18,7 | 45,3 | 37,3 |
| El agua hierve (a presión estándar ) | 373.15 | 100 | 212 | 672 | 0 | 33 | 80 | 60 |
| Llama de gas | ~ 1773 | ~ 1500 | ~ 2732 | |||||
| El titanio se derrite | 1941 | 1668 | 3034 | 3494 | −2352 | 550 | 1334 | 883 |
| La superficie del sol | 5800 | 5526 | 9980 | 10440 | −8140 | 1823 | 4421 | 2909 |
1 Esta escala de temperatura está en desuso y es de mero interés histórico.
2 La temperatura normal del cuerpo humano es 36,8 ± 0,7 ° C o 98,2 ± 1,3 ° F. El valor comúnmente dado 98.6 ° F es simplemente la conversión exacta del estándar alemán del siglo XIX de 37 ° C. Dado que no incluye un rango aceptable, se podría decir que tiene una precisión excesiva (no válida). Consulte Temperatura de una persona sana (temperatura corporal) para obtener más información.
Algunos números de esta tabla se han redondeado.
Estándares [ editar ]
La Sociedad Estadounidense de Ingenieros Mecánicos (ASME) ha desarrollado dos estándares separados y distintos sobre medición de temperatura, B40.200 y PTC 19.3. B40.200 proporciona pautas para termómetros de líquido en vidrio, de sistema de llenado y de acción bimetálica. También proporciona pautas para los termopozos . PTC 19.3 proporciona pautas para la medición de temperatura relacionadas con los códigos de prueba de rendimiento, con especial énfasis en las fuentes básicas de errores de medición y las técnicas para hacerles frente.
Estándares de EE. UU. (ASME) [ editar ]
- B40.200-2008: Termómetros, Lectura Directa y Lectura Remota. [7]
- PTC 19.3-1974 (R2004): código de prueba de rendimiento para la medición de temperatura. [8]
Ver también [ editar ]
- Cronología de la tecnología de medición de temperatura y presión
- Fórmulas de conversión de temperatura
- Temperatura del color
- Temperatura de Planck
- Registrador de datos de temperatura
- Medidas de temperatura por satélite
Referencias [ editar ]
- ^ a b c Bolton, Henry Carrington : Evolución del termómetro, 1592-1743 . ( Easton, PA : Chemical Publishing Company, 1900)
- ↑ Daniel Gabriel Fahrenheit nació en Danzig (Gdańsk), entonces una ciudad predominantemente de habla alemana en el Voivodato de Pomerania de la Commonwealth Polaco-Lituana . Más tarde se mudó a la República Holandesa a los 15 años, donde pasó el resto de su vida (1701-1736).
- ↑ a b T. J. Quinn (1983). Temperatura . Londres: Academic Press.
- ^ "Procedimiento hipertermal" . Laboratorio de Mediciones e Instrumentación Biomédica . Università Campus Bio-Medico di Roma.
- ^ Chrystie, Robin SM; Feroughi, Omid M .; Dreier, Thomas; Schulz, Christof (21 de marzo de 2017). "Fluorescencia inducida por láser multilínea de SiO para imágenes de temperatura cuantitativa en síntesis de llama de nanopartículas" . Física Aplicada B . 123 (4): 104. Bibcode : 2017ApPhB.123..104C . doi : 10.1007 / s00340-017-6692-0 . ISSN 1432-0649 .
- ^ Baker, Donald G. (junio de 1975). "Efecto del tiempo de observación en la estimación de la temperatura media" . Revista de meteorología aplicada . 14 (4): 471–476. Código Bibliográfico : 1975JApMe..14..471B . doi : 10.1175 / 1520-0450 (1975) 014 <0471: EOOTOM> 2.0.CO; 2 .
- ^ "ASME" . Sociedad Estadounidense de Ingenieros Mecánicos . Consultado el 13 de mayo de 2015 .
- ^ "ASME" . Sociedad Americana de Ingenieros Mecánicos. Archivado desde el original el 8 de septiembre de 2015 . Consultado el 13 de mayo de 2015 .
Enlaces externos [ editar ]
Callendar, Hugh Longbourne (1911). "Termometría" . Encyclopædia Britannica . 26 (11ª ed.). págs. 821–836. Una encuesta contemporánea detallada de la teoría termométrica y el diseño de termómetros.- Callendar, Hugh Longbourne (1911). . Encyclopædia Britannica . 26 (11ª ed.). págs. 814 a 821. Otro estudio contemporáneo de material relacionado.
- Una comparación de diferentes tecnologías de medición Agilent Technologies, Inc. "Medidas prácticas de temperatura" (PDF) . Archivado desde el original (PDF) el 16 de noviembre de 2017 . Consultado el 19 de noviembre de 2018 .
[Nosotros] exploramos las técnicas de monitoreo de temperatura más comunes e introducimos procedimientos para mejorar su precisión.
- Sensor de temperatura y termómetro
- Sensor de temperatura
Callendar, Hugh Longbourne (1911). "Termometría" . Encyclopædia Britannica . 26 (11ª ed.). págs. 821–836. Una encuesta contemporánea detallada de la teoría termométrica y el diseño de termómetros.