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Termómetros de laboratorio

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¿Qué es un termómetro de laboratorio?

Un termómetro es un instrumento para medir o mostrar la temperatura (qué tan caliente o frío es algo). Un tipo de termómetro es un tubo de vidrio estrecho y oculto que contiene mercurio o alcohol que se extiende a lo largo del tubo a medida que se expande. Otro tipo es un termómetro digital, que usa componentes electrónicos para medir la temperatura.

Los primeros termómetros midieron la expansión y la contracción del aire. Después de mediados del siglo XVII muchos usaron alcohol o mercurio. En el siglo XIX, se inventó un termómetro mecánico que utilizaba una tira bimetálica para mover un puntero. Este tipo sigue siendo popular donde la gente le gusta leer la temperatura desde la distancia.

¿Para qué sirve un termómetro de laboratorio?

Un termómetro de laboratorio es una herramienta utilizada en laboratorios para medir la temperatura con gran precisión. Se puede sumergir parcial o totalmente en la sustancia que se mide. Un termómetro de laboratorio es reconocible por su tallo largo con una bombilla de plata en el extremo. El color plateado en el bulbo normalmente indica la presencia de mercurio. El mercurio se expande a medida que aumenta la temperatura, lo que aumenta la lectura, mientras que las temperaturas decrecientes contraen el mercurio, lo que reduce la lectura. Los termómetros de mercurio en vidrio son menos utilizados en el siglo XXI ya que las preferencias se trasladan a otros tipos de termómetros, como el termómetro digital, con alcohol y el orgánico.

Historia del termómetro

El ancestro del termómetro es el termoscopio, un dispositivo que revela diferencias de temperatura, pero sin medirlas. Los primeros termoscopios datan de la antigüedad, como los de Filón de Bizancio y Garza de Alejandría. El principio es la variación en el volumen, dependiendo de la temperatura, de una cantidad de aire que desplaza una columna de agua2.

El término “termómetro” fue acuñado en 1624 por el jesuita Jean Leurechon en su obra Récréation Mathématique. El principio que describe (un cambio de temperatura que aumenta el nivel de agua en una cánula) fue probado por un doctor veneciano Sanctorius, amigo de Galileo, a quien a menudo se atribuye la paternidad de la invención.

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Sanctorius mejora el termómetro de Garza de Alejandría mediante la fijación de escalas decimales con un mínimo correspondiente a la temperatura de la nieve, y un máximo correspondiente al de la llama de una vela. Sin embargo, su sistema permanece abierto, sujeto a la presión atmosférica (que aún no sabíamos), su termómetro también es barómetro3.

En 1644, Torricelli destaca esta presión atmosférica e inventa el barómetro mismo. En 1654, el Gran Duque de Toscana en Florencia, Fernando II de Médicis, perfeccionó el instrumento de Sanctorio y creó el primer termómetro real mediante el aprisionamiento del alcohol en un tubo hermético de vidrio4. Llevaba 50 graduaciones. En invierno, bajó a 7 grados y aumentó en verano a 40 grados. En el hielo que se derrite, mostró 13 grados.

Tipos de termómetro

Termómetro de Gas

El termómetro de gas se basa en los cambios en la presión o el volumen de un gas en función de la temperatura. Este tipo de termómetro usa la ley de Avogadro:

p . V = n . R . T

Donde:

  • V es el volumen del gas;
  • P es la presión;
  • T es la temperatura;
  • R es la constante de los gases perfectos, de valor R = 8,314 462 1 J⋅K-1⋅mol-1
  • n es el número de moles (mol)

La primera variante utiliza un tanque lleno de gas y un tubo abierto en el que hay un tapón móvil que separa el gas del tanque del aire ambiente. Si la presión ambiente permanece constante, un cambio en la temperatura del tanque causará un cambio en el volumen de gas que se reflejará en la posición de la tapa. La variación de V es proporcional a la de T y así podemos obtener el cambio de temperatura.

La segunda variante de este termómetro mantiene el volumen constante. Un tanque que contiene un gas está conectado por un tubo capilar a un manómetro. Durante una variación de temperatura, el volumen permanece constante pero la presión varía inversamente con el cambio de temperatura. Por lo tanto, la temperatura puede calcularse con la ecuación. Este tipo de termómetro está en el origen del descubrimiento del cero absoluto mucho antes de que se desarrolle la criogenia. De hecho, al estudiar el comportamiento de la presión de varios gases con la temperatura antes de su condensación, los investigadores pudieron extrapolar hacia una temperatura convergente de acuerdo con el gráfico.

Termómetro espiral

El termómetro bimetálico consiste en dos hojas de diferentes metales o aleaciones, flexibles, soldadas o pegadas entre sí, en la dirección de la longitud. Estas dos placas de metal laminadas en frío son a menudo invar y níquel con un coeficiente de expansión diferente. Su dilatación es diferente, el objeto se deforma con las variaciones de temperatura. Esta deformación se lee en un dial a través de un mecanismo de micrómetro.

En el termómetro en espiral, la cuchilla está enrollada, uno de sus extremos está fijo en el centro de un cuadrante y el otro, en forma de un punto, está libre. Un dial graduado se coloca detrás de la hoja espiral. Cuando se expande o se contrae por efecto de la temperatura, la geometría espiral convierte esta expansión en una rotación de la aguja en un cuadrante graduado.

Termómetro de cristal líquido

Los termómetros de cristal líquido usan cristales líquidos que cambian de color de acuerdo con la temperatura.

A menudo, los cristales líquidos dibujan el valor de la temperatura. En otros modelos, simplemente dibujan una escalera yuxtapuesta con valores numéricos.

Estos termómetros se usan a menudo para acuarios (modelos autoadhesivos) o en el sector médico (termómetros frontales), pero la medición puede ser inexacta.

Termómetro de alcohol

El termómetro de alcohol es una alternativa al mercurio que apareció desde el siglo XIX por razones de costo y salud pública (durante una interrupción en el tanque, el alcohol se evapora rápidamente con pocos efectos tóxicos) . El líquido orgánico en el depósito puede ser etanol, tolueno, queroseno o acetato de 3-metilbutilo.

El líquido es de color rojo o azul para una mejor lectura y puede moverse desde el depósito a un tubo capilar sellado y lleno de nitrógeno. Se forma un menisco en la interfaz alcohol-nitrógeno para poder seguir la expansión / contracción del líquido con la variación de la temperatura y así apuntar en una escala graduada la temperatura.

Este tipo de termómetro tiene un rango diferente de uso que el mercurio porque el punto de fusión del alcohol es más bajo. En un aparato de este tipo, oscila entre -130 ° C y 78 ° C15. Sin embargo, su precisión es menor que la del termómetro de mercurio porque la expansión / contracción del líquido es menos lineal16. Es muy adecuado para medir la temperatura del cuerpo y la temperatura del aire, especialmente para temperaturas bajo cero (especialmente en el termómetro mínimo).

Otros sustitutos de mercurio o alcohol están disponibles comercialmente, incluidos el aceite de colza y los termómetros de galio.

Termómetro de Galilea

El termómetro de Galileo está compuesto de flotadores de densidad media cerca del líquido en el que están sumergidos. Cuando el líquido del tubo se expande con la temperatura, se vuelve menos flotante, lo que hace que fluyan ciertos flotadores. Muchos flotadores con diferentes pesos pueden mostrar diferentes temperaturas.

La temperatura generalmente está grabada en un disco de metal que cuelga debajo de cada bombilla. Como regla general, un espacio tiende a separar un grupo de bombillas de la parte superior de un grupo inferior: la temperatura debe leerse en el disco en la base del grupo superior; si una bombilla flota entre los dos grupos, deducimos una temperatura intermedia, un poco más baja. Para lograr este objetivo, la fabricación de dicho termómetro debe tener tolerancias de peso de las ampollas del orden de un miligramo.

Termómetro de mercurio

El termómetro de mercurio fue inventado por Daniel Gabriel Fahrenheit en 172417. Su funcionamiento se basa en el mercurio contenido en un tubo de vidrio. El volumen del mercurio, por lo tanto, la longitud de la columna en el tubo, es una función de su temperatura. Este último se puede leer a través de las marcas escritas a lo largo del tubo. Para aumentar la sensibilidad del termómetro, se forma una bombilla más ancha que el tubo en una de sus extremidades y se llena con mercurio; pequeños cambios en el volumen de mercurio resultan en grandes desplazamientos del final de la columna. El otro extremo del tubo se llena con nitrógeno a una presión inferior a la presión atmosférica.

Termómetro electrónico

Los termómetros electrónicos son muy precisos y eficientes. Permiten mediciones de temperatura del aire, líquidos, materiales, etc. También tienen la capacidad de memorizar valores con una alarma y la lectura se facilita a través de una pantalla. Los datos también se pueden imprimir para hacer una copia de seguridad. Se pueden agregar diferentes sensores según el tipo de medición que se realizará o las sondas inalámbricas (radio). La precisión de los termómetros electrónicos, sin embargo, depende de su fabricación y el propósito para el que están destinados. Por ejemplo, los termómetros comerciales para uso médico pueden ser menos precisos que los termómetros líquidos que usan galinstan19.

Los tipos de sondas de temperatura son:

  • El termopar.
  • El sensor de resistencia de platino (ejemplo: tipo Pt100, resistencia de 100 Ω a 0 ° C).
  • El termistor.

También hay termómetros infrarrojos para mediciones remotas o sin contacto. Estos habrían sido inventados por Charles R. Darling quien habría explicado su operación en su libro Pyrometry

Termómetro magnético

Un termómetro magnético usa la ley de Curie que dice que la susceptibilidad magnética de los dipolos paramagnéticos es inversamente proporcional a la temperatura absoluta:

Susceptibilidad magnética = Xm = C/T, donde C es la constante de Curie y T es la temperatura.

Estos dispositivos se usan para temperaturas inferiores a 1 Kelvin. Un circuito eléctrico con un puente de inductancia mutua se somete a una corriente alterna de baja frecuencia. La inductancia está formada por dos bobinas idénticas cuyos voltajes de salida se comparan y se hacen tan cerca de cero como sea posible. Luego se introduce un material paramagnético en el puente que proporciona una diferencia de voltaje que depende de la temperatura. La diferencia de voltaje es proporcional al momento magnético y con la ley de Curie se puede extraer la temperatura.

En unos pocos milikelvins, el material paramagnético no conductor es una sal de agua de tierras raras. A temperaturas más altas, se elige un ion cristalino con un gran momento magnético.

¿Por qué comprar termómetro de laboratorio?

Es evidente, ¿no? Para medir la temperatura. El termómetro es un utensilio de laboratorio que nos permite medir con exactitud y precisión la temperatura. Se puede sumergir parcial o totalmente en la sustancia que se esté midiendo. Por ejemplo, en los laboratorios de fotografía, el termómetro se deja sumergido en la cubeta del químico del revelado para controlar que éste se mantiene a la temperatura adecuada.

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