¿Qué marcará el termómetro? Cómo utilizar correctamente los termómetros electrónicos
La historia de la creación del termómetro comienza hace muchos años. La gente siempre ha querido tener un dispositivo que les permitiera medir la cantidad de calentamiento o enfriamiento de un determinado objeto. Esta oportunidad surgió en 1592, cuando Galileo diseñó el primer instrumento que permitió determinar los cambios de temperatura. Este dispositivo, que constaba de una bola de vidrio y un tubo soldado, se llamaba termoscopio. Se colocó el extremo del tubo en un recipiente con agua y se calentó la bola. Cuando se detuvo el calentamiento, la presión dentro de la bola cayó y el agua subió a través del tubo bajo la influencia de la presión atmosférica. A medida que aumentaba la temperatura, se producía el proceso inverso y el nivel del agua en el tubo disminuía. El dispositivo no tenía escala y era imposible determinar los valores exactos de temperatura a partir de ella. Posteriormente, los científicos florentinos eliminaron este inconveniente, como resultado de lo cual las mediciones se volvieron más precisas. Así se creó el prototipo del primer termómetro.
A principios del siglo siguiente, el famoso científico florentino, alumno de Galileo, Evangelista Torricelli inventó un termómetro de alcohol. Como todos sabemos bien, la bola que contiene está ubicada debajo de un tubo de vidrio y se usa alcohol en lugar de agua. Las lecturas de este dispositivo no dependen de la presión atmosférica.
Invención del primer termómetro de mercurio por D.G. Fahrenheit se remonta a 1714. Tomó 32 grados como el punto inferior de su shala, que correspondía al punto de congelación de la solución salina, y 2120 como el punto superior, el punto de ebullición del agua. La escala Fahrenheit todavía se utiliza hoy en día en los Estados Unidos.
En 1730, el científico francés R.A. Reaumur propuso una escala en la que los puntos extremos eran las temperaturas de ebullición y congelación del agua, y el punto de congelación del agua se tomó como 0 grados en la escala de Reaumur y el punto de ebullición como 80 grados. Actualmente, la escala de Reaumur prácticamente no se utiliza.
28 años después, el investigador sueco A. Celsius desarrolló su propia escala, donde se tomaron como puntos extremos las temperaturas de ebullición y congelación del agua, como en la escala de Reaumur, pero el intervalo entre ellos no se dividió entre 80, sino entre 100. grados, e inicialmente la graduación fue de arriba hacia abajo, es decir, el punto de ebullición del agua se tomó como cero y el punto de congelación del agua como cien grados. El inconveniente de tal división pronto se hizo evidente, y posteriormente Stremmer y Linneo intercambiaron los puntos extremos de la escala, dándole la apariencia que conocemos.
A mediados del siglo XIX, el científico británico William Thomson, conocido como Lord Kelvin, propuso una escala de temperatura cuyo punto más bajo era -273,15 0C - cero absoluto, en este valor no hay movimiento de moléculas.
Así podemos describir brevemente la historia de la creación del termómetro y las escalas de temperatura. Actualmente, los termómetros más utilizados son la escala Celsius, la escala Fahrenheit todavía se utiliza en Estados Unidos y la escala Kelvin es la más popular en la ciencia.
Hoy en día existen muchos diseños de termómetros y dispositivos de medición de temperatura, basados en diversos propiedades físicas y ampliamente utilizado en la vida cotidiana, la ciencia y la producción.
Traducido del griego significa "medir el calor". La historia de la invención del termómetro se remonta a 1597, cuando Galileo creó un termoscopio, una bola con un tubo soldado, para determinar el grado de calentamiento del agua. Este dispositivo no tenía escala y sus lecturas dependían de la presión atmosférica. Con el desarrollo de la ciencia, el termómetro cambió. El termómetro de líquido se mencionó por primera vez en 1667, y en 1742 el físico sueco Celsius creó un termómetro con una escala en la que el punto 0 correspondía al punto de congelación del agua y 100 a su punto de ebullición.
A menudo utilizamos un termómetro para determinar la temperatura del aire exterior o la temperatura corporal, pero el uso de un termómetro no se limita a esto. Hoy en día hay muchas maneras. para medir la temperatura sustancias químicas y se siguen perfeccionando los termómetros modernos. Describamos los tipos más comunes de medidores de temperatura.
El principio de funcionamiento de este tipo de termómetros se basa en el efecto de expansión del líquido cuando se calienta. Los termómetros que utilizan mercurio en forma líquida se utilizan a menudo en medicina para medir la temperatura corporal. A pesar de la toxicidad del mercurio, su uso permite determinar la temperatura con mayor precisión que otros líquidos, ya que la expansión del mercurio se produce según una ley lineal. En meteorología se utilizan termómetros de alcohol. Esto se debe principalmente a que el mercurio se espesa a 38 °C y no es adecuado para medir temperaturas más bajas. El rango medio de los termómetros líquidos es de 30 °C a +600 °C y la precisión no supera la décima de grado.
Termómetro de gas
Los termómetros de gas funcionan según el mismo principio que los termómetros de líquido, sólo que utilizan un gas inerte como sustancia de trabajo. Este tipo de termómetro es análogo a un manómetro (un dispositivo para medir la presión), cuya escala está graduada en unidades de temperatura. La principal ventaja de un termómetro de gas es la capacidad de medir temperaturas cercanas al cero absoluto (su rango es de 271 °C a +1000 °C). La precisión de medición máxima que se puede alcanzar es de 2*10 -3 °C. Obtener una alta precisión de un termómetro de gas es una tarea difícil, por lo que dichos termómetros no se utilizan en mediciones de laboratorio, sino para la determinación primaria de la temperatura de una sustancia.
Este tipo de termómetro funciona de forma similar a los termómetros de gas y líquido. La temperatura de la sustancia se determina en función de la expansión de la espiral metálica o de la cinta bimetálica. El termómetro mecánico es muy fiable y fácil de usar. Como dispositivos independientes, estos termómetros no se utilizan mucho y actualmente se utilizan principalmente como dispositivos para señalización y control de temperatura en sistemas de automatización.
Termómetro eléctrico (termómetro de resistencia)
El funcionamiento de un termómetro eléctrico se basa en la dependencia de la resistencia del conductor de la temperatura. La resistencia de los metales aumenta linealmente al aumentar la temperatura, razón por la cual se utilizan metales para crear este tipo de termómetro. Los semiconductores, en comparación con los metales, proporcionan una mayor precisión de medición, pero los termómetros basados en ellos prácticamente no se fabrican debido a las dificultades asociadas con la calibración de la escala. El rango de las termorresistencias depende directamente del metal a trabajar: por ejemplo, para el cobre es de -50 °C a +180 °C, y para el platino, de -200 °C a +750 °C. Los termómetros eléctricos se instalan como sensores de temperatura en la producción, en los laboratorios y en los puestos de experimentación. A menudo se empaquetan junto con otros dispositivos de medición.
También llamado termopar. Un termopar es un contacto entre dos conductores diferentes que mide la temperatura basándose en el efecto Seebeck, descubierto en 1822. Este efecto consiste en la aparición de una diferencia de potencial en el contacto entre dos conductores cuando existe un gradiente de temperatura entre ellos. Así, una corriente eléctrica comienza a pasar a través del contacto cuando cambia la temperatura. La ventaja de los termómetros de termopar es su simplicidad de diseño, amplio rango de medición y la capacidad de conectar a tierra la unión. Sin embargo, también existen desventajas: el termopar es susceptible a la corrosión y otros procesos químicos con el tiempo. Los termopares con electrodos hechos de metales nobles y sus aleaciones (platino, platino-rodio, paladio, oro) tienen la máxima precisión. El límite superior de medición de temperatura con un termopar es de 2500 °C, el límite inferior es de aproximadamente -100 °C. La precisión de medición del sensor termopar puede alcanzar 0,01 °C. Un termómetro basado en termopar es indispensable en los sistemas de control y monitoreo de producción, así como para medir la temperatura de sustancias líquidas, sólidas, granulares y porosas.
Termómetro de fibra óptica
Con el desarrollo de las tecnologías de fabricación de fibra óptica han surgido nuevas posibilidades para su uso. Exposición de sensores basados en fibra alta sensibilidad a diversos cambios en el entorno externo. La más mínima fluctuación de temperatura, presión o tensión en la fibra provoca cambios en la propagación de la luz en ella. Los sensores de temperatura de fibra óptica se utilizan a menudo para garantizar la seguridad industrial, para alarmas contra incendios, controlar la estanqueidad de contenedores con sustancias inflamables y tóxicas, detección de fugas, etc. El alcance de estos sensores no supera los +400 °C y la precisión máxima es 0,1 ºC.
Termómetro infrarrojo (pirómetro)
A diferencia de todos los tipos de termómetros anteriores, este es un dispositivo sin contacto. Puede leer más sobre los pirómetros y sus características en una sección separada de nuestro sitio web. Un pirómetro técnico es capaz de medir temperaturas en el rango de 100 °C a 3000 °C con una precisión de varios grados. Los termómetros infrarrojos son convenientes no solo en condiciones de producción. Se utilizan cada vez más para medir la temperatura corporal. Esto se debe a las muchas ventajas de los pirómetros en comparación con los análogos de mercurio: seguridad de uso, alta precisión y tiempo mínimo para medir la temperatura.
En conclusión, observamos que ahora es difícil imaginar la vida sin este dispositivo universal e insustituible. En la vida cotidiana se pueden encontrar termómetros sencillos: se utilizan para mantener la temperatura en la plancha, lavadora, refrigerador, midiendo la temperatura ambiente. Se instalan sensores más complejos en incubadoras, invernaderos, cámaras de secado y en producción.
La elección de un termómetro o sensor de temperatura depende del alcance de su uso, el rango de medición, la precisión de las lecturas y las dimensiones generales. Por lo demás, todo depende de tu imaginación.
El termómetro comprado marca 1,5 grados menos (35,1 en lugar de 36,6), ¿qué se puede hacer para cambiar la calibración?
Ígor, Omsk
Estimado Igor, ante todo gracias por elegir nuestro termómetro electrónico. Desafortunadamente, no indicó el modelo del dispositivo, por lo que no puedo brindarle cotizaciones exactas del manual de instrucciones para su modelo en particular. Usaré las instrucciones clásicas para un termómetro electrónico.
Primero, unas palabras sobre el principio de funcionamiento de un termómetro electrónico. A diferencia del mercurio clásico, donde la temperatura se indica debido al aumento en el volumen de mercurio cuando se calienta, lo que en general hace que no sea importante cómo se sostiene, incluso puedes cruzarlo debajo del brazo, esto no cambiará nada, en electrónico: el sensor está ubicado al final y solo el calentamiento de esta parte afecta la temperatura (la resistencia del conductor cambia dependiendo de la temperatura) en el resto del termómetro solo los cables. Por lo tanto, es necesario observar con mucho cuidado cómo se mide la temperatura. La punta debe quedar “clavada en la carne”, es decir, “péguelo” firmemente en la axila y presione firmemente con la mano. Si el contacto no está apretado o el sensor está parcialmente libre, la temperatura será menor.
Más. Las instrucciones dicen que "El pitido no indica la finalización de la medición. Esto significa que su temperatura está aumentando, pero solo ligeramente. Recomendamos sostener el termómetro después del pitido durante unos segundos más". Si traducimos esto a un lenguaje simple, luego de que suene el termómetro, debe sacarlo, mirar la temperatura, mantenerlo allí (seguramente por un minuto más), luego mirar los indicadores y recordar la diferencia. Y en el futuro agregue esta diferencia a la medida para no esperar más tiempo. Por lo general, la diferencia es de 0,3 a 0,4 grados. pero la primera vez hay que comprobarlo.
Así, una técnica de medición incorrecta y una retirada anticipada del termómetro pueden dar un “error” de 1,5 grados. Pero si se usa correctamente no habrá problemas.
Si duda de la precisión de la lectura del termómetro, existe una prueba increíblemente simple: vierta un vaso de agua tibia aproximadamente a la temperatura corporal. O un baño caliente. Coloca allí el mercurio y la punta de un termómetro electrónico. Los datos serán los mismos después de 3 minutos. Esto le dará la oportunidad de juzgar qué tan bien está funcionando el termómetro. Si esta prueba muestra que hay problemas con el termómetro, comuníquese con el centro de servicio. Estoy seguro de que pueden ayudarte.
Todo esto se aplica al clásico termómetro electrónico. Si tienes un termómetro infrarrojo, escribe. Te diré cómo mantener y medir adecuadamente con este dispositivo. Estoy seguro de que todos los problemas se pueden resolver.
Uno de los anacronismos que migraron a la vida. hombre moderno, es un termómetro exterior que, según la costumbre establecida, se atornilla o pega al marco de la ventana para determinar la temperatura del aire exterior. ¿Por qué el anacronismo y por qué no es necesario? Intentaremos decírtelo en el artículo que te traemos a tu atención. Los termómetros exteriores están instalados en ventanas de plástico en todas partes. En la mayoría de los casos, sin siquiera pensar si tiene sentido perder el tiempo en esta actividad inútil.
Pero, dado que esa necesidad existe entre una determinada categoría de ciudadanos, responderemos, por supuesto, a las preguntas sobre la mejor manera de hacerlo.
¿Necesito un termómetro detrás de una ventana de plástico?
Desde el momento de su invención hasta la historia reciente, los termómetros callejeros cumplieron más o menos con sus responsabilidades: mostrar la temperatura del aire en la calle. Al igual que hoy y hace cincuenta y cien años, mintieron impíamente. Esto no se debió a las características de los dispositivos en sí, sino al hecho de que fueron instalados en cualquier lugar y de cualquier manera. Por lo tanto, no era raro que hubiera disputas sobre qué tan frío o calor hacía en un día en particular. Los polemistas simplemente olvidaron que los termómetros callejeros, en cuyas lecturas confiaban, estaban colocados en diferentes condiciones. Para algunos, en una ventana iluminada por el sol por la mañana, para otros, en el marco de un balcón eternamente sombreado, y para otros, en un poste en el patio de una casa privada.
En el siglo XXI, la necesidad de este dispositivo fuera de la ventana ha desaparecido por completo. Casi todo el mundo tiene un teléfono móvil o un teléfono inteligente que, con un solo toque, puede mostrar en la pantalla datos absolutamente precisos y objetivos sobre la temperatura del aire, la humedad, la fuerza del viento y las sensaciones "subjetivas" del tiempo, añadiendo si es necesario a las lecturas el valor de la atmósfera. presión y una previsión de precipitaciones para el próximo día o toda la semana.
Pero el poder de la inercia del pensamiento y el hábito es tan fuerte que en lugar de descubrir sin levantarse de la cama qué tiempo les espera afuera, muchos se acercan al termómetro de la calle que está fuera de la ventana y aprenden con alegría o tristeza que el tiempo afuera. No es así en absoluto con lo que soñaron.
Un poco sobre termómetros (termómetros)
Tradicionalmente, en la vida cotidiana se utilizan dos tipos de termómetros para medir la temperatura del aire exterior: los de alcohol y los bimetálicos.
Los primeros son un tubo capilar herméticamente cerrado con alcohol coloreado que, a medida que la temperatura sube o baja, el aire se expande o se contrae, deslizándose a lo largo del capilar a lo largo de la escala métrica aplicada.
Los termómetros bimetálicos son un resorte que consiste en una aleación de dos metales con diferentes coeficientes de expansión, en cuyo extremo se instala una flecha. Cuando se calienta o se enfría, el resorte se comprime o se desenrolla. De acuerdo con esto, la flecha ubicada en el extremo de dicho resorte también se mueve, mostrando un cierto valor en una escala de grados arqueada.
El tercer tipo de termómetros exteriores son los electrónicos, que reciben señales de un sensor ubicado fuera de la habitación y las transmiten a un dispositivo electrónico que muestra la temperatura digitalmente en una pantalla LCD.
Actualmente, estos tres modelos se distribuyen aproximadamente en la misma medida y son objeto de infinitas quejas por parte de los propietarios sobre la calidad de los dispositivos y el motivo de los cálculos matemáticos de la media aritmética en caso de discrepancia entre las lecturas de dos o Más termómetros.
Las lecturas más precisas, en igualdad de condiciones, las dan los termómetros electrónicos. Dado que sus elementos de medición remota del calor se someten a un control metrológico más estricto (excepto los chinos) y sus sensores de temperatura se pueden colocar en lugares inaccesibles a la luz solar directa.
Los termómetros bimetálicos tienen el grado más bajo de fiabilidad. La posición media y más popular entre la población la ocupan los termómetros de alcohol. Pero se debe tener en cuenta la antigüedad del dispositivo. Cuanto más te sirve, más te engaña. Esto se debe a la evaporación paulatina del alcohol líquido y su condensación en la parte superior del capilar.
Como resultado, la columna de líquido coloreado se vuelve cada vez más corta y la temperatura exterior se vuelve cada vez más "baja".
¿Qué hacer para evitar que el termómetro mienta?
Obtenga información absolutamente confiable sobre la temperatura del aire a través de un termómetro exterior ubicado en el marco. ventana de plastico casi imposible. La primera razón es la radiación térmica que emana de la casa. Si se sabe que hasta el 30% del calor se pierde a través de las ventanas, entonces, en consecuencia, el calor irradiado hará ajustes en las lecturas del termómetro para aumentar la temperatura.
El segundo factor es la instalación incorrecta del termómetro. Por lo general, se montan en ventanas que brindan el acceso más fácil y constante. Se trata de ventanas de cocina o de dormitorios. Al mismo tiempo, pocas personas piensan en consultar con una brújula o un programa 2GIS antes de instalar un termómetro y determinar en qué dirección están orientadas sus ventanas de plástico. Si está en el este, el termómetro “mentirá” por la mañana, si está en el oeste, al final de la tarde, si está en el sur, durante todo el día. Esto se debe a la actividad solar. Incluso en tiempo nublado, la pared sur de la casa se calentará más y el calor que emana de ella no permitirá que su termómetro muestre una temperatura confiable.
Las lecturas más precisas posibles las dan los termómetros callejeros ubicados en el lado norte. Son objetivos porque no están expuestos a la luz solar directa.
El tercer error que afecta a las lecturas incorrectas es ignorar los requisitos de protección del termómetro. Debe cubrirse desde el exterior con una pantalla reflectante, que lo protegerá de la influencia de la radiación solar directa.
La cuarta condición es que haya suficiente espacio entre el termómetro y la pared (ni siquiera el marco o el vidrio) de la casa.
De esto se deduce que sin observar estas condiciones, siempre obtendrá lecturas muy aproximadas en el rango de +/- 3-5 ° C.
Instalación de un termómetro
Si los argumentos anteriores no le convencen y aún así desea colocar un termómetro fuera de su ventana, considere detenidamente su elección. Como ya se señaló, los termómetros bimetálicos producen los mayores errores. Esto se debe al hecho de que es muy difícil seleccionar y calibrar la escala para cada resorte específico ubicado dentro del dispositivo. Una desviación de unas pocas micras en el grosor de una de las tiras de metal es suficiente para que las lecturas de dos termómetros difieran. En la producción en masa, nadie fabrica su propia escala para un resorte específico. Por tanto, las lecturas del termómetro son inexactas.
Los termómetros de alcohol más comunes te pueden servir largos años, pero cada año sus lecturas, a medida que el líquido se evapora, diferirán en la dirección de "bajar" la temperatura. Al elegir un termómetro de alcohol, debe esforzarse por comprar un dispositivo con un tubo capilar lo más largo posible. Numerosos termómetros de recuerdo, equipados con escalas de papel dentro del matraz, inicialmente no están calibrados y muestran la temperatura con grandes errores.
Si elige una estación meteorológica electrónica, su elección dependerá únicamente de sus capacidades financieras y de la cantidad de funciones que puede realizar el dispositivo.
Es mejor no fijar el termómetro al marco de una ventana de plástico, ya que solo es posible una fijación segura atornillándolo mecánicamente con tornillos de plástico. Y no vale la pena estropear su perfil por instalar un termómetro. Puedes pegar el termómetro después del primer lavado y desengrasado. perfil de PVC, en cinta adhesiva de doble cara, pero dura muy poco y es posible que un buen día no encuentres un termómetro fuera de tu ventana, la razón también pueden ser los pájaros, especialmente los curiosos carboneros, que están listos para posarse en cualquier superficie.
Se puede pegar con adhesivos transparentes de construcción utilizados para Plásticos PVC o fontanería transparente sellador de silicona. No se recomienda pegar con adhesivos Secunda que contengan cianoacrilato. A pesar de sus extraordinarias cualidades en cuanto a velocidad y resistencia del fraguado inicial, la propia sustancia se descompone con bastante rapidez bajo la influencia de la humedad del aire y la radiación ultravioleta y después de aproximadamente un año el pegamento ya no resiste.
Por tanto, la mejor opción sería montar el termómetro en la pared de la casa sobre un soporte remoto y fijarlo con pequeños tornillos o clavos. No olvides equipar el termómetro con una sencilla pantalla casera hecha de material laminado, que lo protegerá de los rayos directos del sol. El termómetro debe fijarse en el lado de la ventana que no se abre, para que la hoja, que está ligeramente abierta para ventilar, no realice ajustes en las lecturas del dispositivo debido al aire caliente de la habitación.
Parece que esto está claro para todos: ¡la temperatura! ¿Qué es la temperatura?
Un físico dijo muy bien sobre esto: "Es mucho más fácil hacer mediciones que saber exactamente qué se está midiendo". Y durante casi trescientos años, las temperaturas se midieron en todas partes, pero sólo muy recientemente, a finales del siglo pasado, finalmente quedó claro qué es la temperatura.
Pero realmente, ¿qué marca el termómetro? Vale la pena rastrear una vez más cómo surgió el concepto de "temperatura". Alguna vez se pensó que si hace calor es porque aumenta el contenido calórico en el cuerpo. palabra latina"temperatura" significaba "mezcla". La temperatura corporal se entendía como una mezcla de materia corporal y caloría corporal. Luego, el propio concepto de caloría fue descartado por erróneo y quedó la palabra “temperatura”.
Durante unos buenos doscientos años, se mantuvo una situación extraña en la ciencia: mediante una propiedad seleccionada al azar (expansión) de una sustancia seleccionada al azar (mercurio) y una escala establecida en puntos constantes seleccionados al azar (hielo derretido y agua hirviendo), el valor ( temperatura), se midió el significado de la palabra “temperatura”, estrictamente hablando, no quedó claro para nadie.
Pero el termómetro todavía marca algo, ¿no? Si se requiere el rigor y la precisión necesarios de la respuesta, entonces dicha pregunta deberá responderse así: nada excepto el alargamiento en una columna de mercurio calentado.
Pues bien, si se sustituye el mercurio por otra sustancia: un gas o algún sólido que también se expande al calentarse, ¿qué pasará entonces? ¿Qué mostrarán los termómetros construidos sobre una base diferente?
Imaginemos que hiciéramos tales termómetros. Algunos los llenamos con mercurio y aire, otros estaban hechos enteramente de hierro, cobre y vidrio. Establezcamos con precisión puntos constantes en cada uno de ellos: en hielo derretido 0°, en agua hirviendo 100°.
Intentemos ahora medir la temperatura. Resultará que cuando el termómetro del aire marque, por ejemplo, 300°, otros termómetros marcarán:
mercurio 314,1°,
planchar 372,6°,
cobre 328,8°,
vidrio 352,9°.
¿Cuál de estas “temperaturas” es correcta: “aire”, “mercurio”, “hierro”, “cobre” o “vidrio”? Después de todo, cada una de las sustancias que probamos muestra su propia temperatura. Un termómetro de “agua” se comportaría de manera aún más interesante. En el rango de 0° a 4° C, mostraría una disminución de temperatura al calentarse.
Por supuesto, puede intentar elegir, en lugar de la expansión térmica, alguna otra propiedad de una sustancia que cambia cuando se calienta. Es posible, por ejemplo, construir termómetros basados en cambios (cuando se calienta) en la presión de vapor de un líquido (por ejemplo, alcohol), resistencia eléctrica (por ejemplo, platino) y fuerza termoelectromotriz (termopar). Hoy en día, estos termómetros se utilizan ampliamente en tecnología.
Sujeto a una calibración preliminar en dos puntos constantes, tales termómetros, por ejemplo, a 200°C mostrarán: alcohol (por presión de vapor) 1320°, platino (por resistencia) 196°, unión de platino y su aleación con rodio (termopar). 222°.
Entonces, ¿cuál de todas estas “temperaturas” diferentes es la real? ¿Cómo y con qué se debe medir la temperatura?
Antes de responder estas preguntas, debes comprender lo más importante de ellas: su contenido y significado exactos: "cómo medir la temperatura". ¿Por qué surgiría una pregunta tan “simple”?
¿Cómo medimos la longitud? Metros. Un metro es la longitud de una regla estándar que los científicos
se guardan con mucho cuidado para que no desaparezca ni se deteriore. ¿Cómo medimos los volúmenes? Se puede medir en litros. Un litro es un volumen igual a un decímetro cúbico. ¿Cómo medimos la temperatura?
Estas preguntas son completamente similares, pero las respuestas son fundamentalmente diferentes. Si echamos varios cubos en un barril agua fría, entonces el barril se llenará de agua. La suma de los volúmenes de agua de los baldes será igual al volumen del barril. Pero no importa cuánta agua fría viertas en el barril, no obtendrás agua caliente. Este razonamiento no es en absoluto divertido ni ingenuo, y este hecho no es en absoluto evidente. Ésta es una ley de la naturaleza muy importante, a la que simplemente estamos acostumbrados porque la conocemos por experiencia. De varios palos cortos puedes hacer uno largo conectándolos de un extremo a otro. Pero no se puede sumar la temperatura de un carbón encendido de un horno y la temperatura de un trozo de hielo. Esto no hará que las brasas se calienten más.
Es imposible medir la temperatura, del mismo modo que se miden la longitud, el volumen y la masa, porque las temperaturas no cuadran. Es imposible tener una unidad de temperatura que pueda medir directamente cualquier temperatura, del mismo modo que un metro puede medir cualquier longitud. El volumen, la longitud y la masa son ejemplos de propiedades extensivas de un sistema. Si una barra de hierro se divide en varias partes, la temperatura de cada una de ellas no cambiará. La temperatura es un ejemplo de las propiedades intensivas de un sistema. Establecer directamente una relación numérica entre diferentes temperaturas es imposible y inútil.
Pero es necesario medir la temperatura. Entonces, ¿cómo se puede medir si no se puede medir utilizando un método adecuado para medir cantidades extensas?
Para ello sólo es posible una forma: utilizar una conexión objetiva entre la temperatura y cualquier cantidad extensa: cambio de volumen, longitud, desviación de la aguja del galvanómetro, etc.
Por lo tanto, la respuesta a la pregunta: cuál de las diversas "temperaturas" enumeradas anteriormente es real, puede parecer extraña al principio: todas son iguales. Se puede seleccionar cualquier propiedad de un sistema dependiente de la temperatura para caracterizarlo y medirlo.
La termodinámica pudo indicar el método y la sustancia que permiten realizar las mediciones de temperatura de la manera más conveniente.
Este es un gas ideal. Mediante su expansión a presión constante o mediante el aumento de presión a volumen constante, se pueden realizar mediciones de temperatura de manera más adecuada. Con este método de medición, innumerables expresiones para cualquier patrón en la naturaleza se vuelven más simples.
Pero un gas ideal tiene un inconveniente importante: tal gas no existe en la naturaleza.
Presión
Qué complejo y difícil es el concepto de temperatura, tan simple y claro es el concepto de “presión”. Cualquier escolar lo sabe bien desde el principio. libro de texto de física. La presión es la fuerza que actúa por unidad de superficie. La dirección de la presión en el caso de gases y líquidos es siempre perpendicular a la superficie. El concepto de “presión” se puede aplicar a los sólidos, pero de ello se deduce que las propiedades de los sólidos pueden depender de la dirección en la que actúa la presión (por ejemplo, el efecto piezoeléctrico).
En termodinámica, la presión y la temperatura son los dos parámetros principales y más importantes que determinan el estado de un sistema termodinámico. Esta definición significa que la misma cantidad de sustancia a los mismos valores de temperatura y presión ocupa siempre el mismo volumen. Es cierto que es necesario añadir: esta definición es válida cuando se ha alcanzado un estado de equilibrio en el sistema.
Es muy útil para un químico saber que un gramo-mol de cualquier gas a 0 °C y a una presión de 1 atm ocupa un volumen igual a aproximadamente 22,4 litros. Vale la pena recordarlo.
Calor
Probablemente, han pasado cientos de miles de años desde que nuestros ancestros lejanos conocieron el fuego y aprendieron a recibir calor ellos mismos. Cada uno de nosotros nos calentó junto a la estufa caliente y nos quedamos helados de frío. Parecería que algo podría ser más familiar y comprensible ahora que la calidez tan familiar para todos.
Pero la pregunta: ¿qué es el calor? no es tan sencilla. La ciencia encontró la respuesta correcta a esta pregunta recientemente. Por mucho tiempo Los científicos ni siquiera se dieron cuenta de la complejidad de este problema.
La primera interpretación de la naturaleza del calor se basó en un hecho indiscutible y aparentemente obvio: cuando un cuerpo se calienta, su temperatura aumenta; por lo tanto, el cuerpo recibe calor. Cuando se enfría, el cuerpo lo pierde. Por tanto, cualquier cuerpo calentado es una mezcla de la sustancia que lo compone y calor. Cuanto mayor es la temperatura corporal, más calor se mezcla en él. Hoy en día, pocas personas recuerdan que la palabra "temperatura" se traduce del latín y significa "mezcla". Érase una vez, por ejemplo, decían del bronce que era “la temperatura del estaño y del cobre”.
Dos explicaciones completamente diferentes, dos hipótesis sobre la naturaleza del calor se debaten en la ciencia desde hace casi dos siglos.
La primera de estas hipótesis fue expresada en 1613 por el gran Galileo. El calor es una sustancia. Es inusual. Puede penetrar dentro y fuera de cualquier cuerpo. La materia térmica, por lo demás calórica, o flogisto, no se genera ni se destruye, sino que sólo se redistribuye entre los cuerpos. Cuanto más hay en el cuerpo, mayor es la temperatura corporal. No hace mucho solían decir “grado de calor” (no temperatura), creyendo que un termómetro mide la fuerza de una mezcla de materia y calórico. (Aún se conserva la costumbre de medir la graduación del vino, una mezcla de agua y alcohol, en grados).
La segunda hipótesis, aparentemente completamente diferente de la idea de Galileo, fue expresada en 1620 por el famoso filósofo Bacon. Llamó la atención sobre lo que cualquier herrero sabe desde hace mucho tiempo: bajo fuertes golpes de martillo, una pieza de hierro fría se calienta. Existe un método conocido para producir fuego por fricción. Esto significa que mediante impacto y fricción es posible producir calor sin recibirlo de un cuerpo ya calentado. Bacon concluyó de esto que el calor es el movimiento interno de las partículas más pequeñas de un cuerpo y la temperatura de un cuerpo está determinada por la velocidad del movimiento de las partículas en él. Esta teoría se llama en ciencia teoría mecánica del calor. El brillante Lomonosov hizo mucho para fundamentarlo y desarrollarlo.
A pesar de la divergencia fundamental, ambas hipótesis tienen muchas similitudes: de la teoría del calor se deduce que el termómetro mide la cantidad de caloría contenida en el cuerpo, pero según la teoría mecánica del calor, el termómetro muestra la cantidad de movimiento contenido en el cuerpo. cuerpo. Según ambas teorías, debe existir la temperatura del cero absoluto. Se conseguirá cuando, según la teoría del calórico, se retire todo el calórico del cuerpo, y según la teoría mecánica, cuando el cuerpo pierda todo el movimiento que contiene.
La teoría calórica dominó la ciencia durante casi dos siglos. Es simple y claro. Pero ella está equivocada. El pesaje preciso de cuerpos a diferentes temperaturas demostró que el calor no tiene peso. La ingravidez del calor concordaba con la teoría mecánica del calor. Entonces pensaron que el movimiento no podía afectar de ninguna manera el peso del cuerpo. Sin embargo, ahora sabemos que esto no es exacto. La energía, según la ley de Einstein, debe tener masa y, por tanto, también “pesa”; Sólo el correspondiente aumento de peso supera con creces incluso la precisión de pesaje moderna.
No se debe confundir el calor con la energía térmica del cuerpo. La energía térmica de un cuerpo está determinada por la energía cinética de movimiento de sus moléculas. Pero el calor (esto es muy importante) está lejos de ser igual a la energía térmica. Y lo que es más importante, el cuerpo no contiene calor en absoluto. No había ningún calor proveniente de la leña que ardía en la estufa. El calor sólo entra o sale del cuerpo.
No es nada difícil calcular la cantidad de energía caótica. movimiento térmico en un sistema formado por moléculas de vapor de agua sobrecalentado, esta será su energía térmica. Pero la cantidad de calor que puede liberarse de este sistema cuando se enfría no es en absoluto igual a la energía térmica: primero el vapor se enfriará, luego comenzará a condensarse en agua líquida, luego el agua se enfriará y, finalmente, el el agua se congelará. El calor de evaporación del agua y el calor de fusión del hielo son muy elevados. Por tanto, del vapor sobrecalentado se puede obtener mucho más calor que la energía térmica que contiene.
Por tanto, estrictamente hablando, ambas hipótesis son incorrectas: ni la idea del calor como sustancia térmica ni la teoría mecánica del calor. El segundo de ellos lo confirma la experiencia, pero no tiene nada que ver con el calor y se refiere únicamente a la energía térmica, y no es lo mismo.
Trabajo
Realizar un trabajo mecánico significa superar o destruir resistencias: fuerzas moleculares, fuerza de resorte, gravedad, inercia de la materia, etc. Desgastar, triturar un cuerpo, dividirlo en partes, levantar cargas, arrastrar un carro por el camino,
hay un tren sobre los rieles, comprimiendo un resorte; todo esto significa realizar trabajo; significa superar la resistencia por algún tiempo. Realizar trabajo significa superar la resistencia de un gas, líquido, sólido o cristal. Comprimir un gas, líquido o cristal significa realizar trabajo.
El mismo nombre "trabajo" se utiliza para denominar fenómenos diferentes, pero detrás de las diferencias externas hay que ver características básicas comunes. El trabajo implica movimiento: se levanta la carga, el carro se mueve, el pistón se desliza en el cilindro del motor. Sin movimiento no hay trabajo.
El trabajo implica un movimiento ordenado. Toda la carga se mueve hacia arriba. Todo el carro se mueve por la carretera en una dirección. Todo el pistón se mueve en una dirección en el cilindro. El trabajo es imposible sin dos participantes. Para elevar una carga, otro peso debe caer, el resorte debe enderezarse y el gas debe expandirse. Ambos participantes se mueven ordenando. El trabajo es la transferencia de movimiento ordenado de un sistema a otro.
No se debe pensar que el trabajo sólo puede asociarse al movimiento mecánico. También se puede realizar trabajo cuando cambia el campo eléctrico o magnético.
La capacidad de un sistema para realizar trabajo es, por supuesto, muy importante para la termodinámica. Pero exactamente qué trabajo puede realizar el sistema no es importante para la termodinámica. Otra ciencia debe decir exactamente cómo se puede calcular este trabajo y cómo se puede medir.
La definición de trabajo mecánico la da la mecánica. Todo escolar conoce esta definición: el trabajo (A) es igual al producto de la fuerza (F) por el camino (l).
Si la fuerza no es constante, entonces hay que calcular la cantidad de trabajo en cada sección suficientemente pequeña del camino (los matemáticos dicen que es infinitesimal) en la que la fuerza puede considerarse constante.
dA=Fdl,
y luego sumar los valores infinitesimales de trabajo a lo largo de todo el camino recorrido:
Para aquellos que aún no han dejado de tener miedo a las fórmulas matemáticas, es útil recordar que el signo integral ∫ es simplemente una letra S alargada, la inicial de la palabra "suma".
En química física, a menudo se consideran los procesos asociados con la trituración de una sustancia hasta convertirla en un polvo fino (polvo) o la aparición de una nueva fase de niebla o humo a partir del vapor. Con tales procesos, aparece una nueva y enorme superficie de muchas partículas diminutas, y es necesario dedicar un trabajo considerable a su formación. Este trabajo no se puede ignorar. Es igual al producto de la tensión superficial (a) y el área de la nueva superficie (S):
Este tipo de trabajo también es necesario al hacer pompas de jabón.
La ingeniería térmica, al calcular el trabajo de cualquier máquina térmica, utiliza la cantidad de trabajo realizado por un gas en expansión, por ejemplo, el vapor de agua, en el cilindro de una locomotora de vapor o en una turbina. Este tipo de trabajo tan importante se mide por el producto de la presión del gas y el cambio en su volumen:
La electroquímica, por ejemplo, conoce un tipo de trabajo diferente. Trabajo eléctrico batería o celda galvánica es igual al producto de la fuerza electromotriz (E) y el cambio de carga (q):
Es útil notar y recordar que todas las expresiones para varios tipos Las obras son muy similares entre sí. Cualquier trabajo se mide necesariamente por el producto de dos factores: alguna fuerza generalizada / (esta puede ser la fuerza de la gravedad universal, la fuerza magnética o campo eléctrico, presión, tensión superficial, posibles fuerzas mecánicas, etc.) y valores a - cambios en el parámetro correspondiente del sistema (distancia recorrida, cargas eléctricas, superficie, volumen, etc.):
A=∫fda.
No es tarea de la termodinámica estudiar la diferencia entre diferentes tipos trabajar. Otras ciencias deben ocuparse de esto. Puede haber muchos trabajos diferentes. Sólo hay una calidez.
