Construcción y Calibración de Un Termómetro (1)

RESUMEN En este laboratorio se realizó la construcción de un termómetro en la cual se creó una nueva escala de temperatura (ºE) teniendo en cuenta las escalas de temperatura conocidas, este proceso se realizó con un capilar el cual para nosotros sería la estructura en la cual el líquido que será el que se aumente o disminuya se desplazara por este dando así un punto de medidas, el que contendrá el líquido será un vial de medicamento en el cual se le agregara agua y etanol con un indicador llamado rojo Congo.

Palabras claves: termómetro, escalas, temperatura, capilar, medidas, indicador. ABSTRACT In this laboratory there was realized the construction of a thermometer in which a new scale of temperature was created (E) bearing the scales of temperature in mind known, this process was realized by a capillary which for us would be the structure in which the liquid that will be the one that increases or diminishes was moving for this one giving this way a point of measures, which will contain the liquid it will be the road one of medicine in which one was adding water and ethanol with an indicator called the red Congo.

Key words: Thermometer, scales, temperature, capillary, measures, indicator.

INTRODUCCIÓN

El termómetro

es

un instrumento

medición de temperatura. invención

ha

de

dentro

su

mientras la esfera quedaba en la parte

mucho,

superior. Al calentar el líquido, este subía

Desde

evolucionado

 principalmente a partir del desarrollo de

de

una mezcla de alcohol y agua,

 por el tubo.

los termómetros electrónicos digitales. Inicialmente se fabricaron aprovechando el

MARCO TEORICO

fenómeno de la dilatación, por lo que se

La ley cero de la termodinámica establece

 prefería

con

que, si un cuerpo A se encuentra a la misma

elevado coeficiente de dilatación, de modo

temperatura que un cuerpo B y este tiene la

que,

su

misma temperatura que un tercer cuerpo C,

estiramiento era fácilmente visible. La

entonces, el cuerpo A tendrá la misma

sustancia

más

temperatura que el cuerpo C. Por lo cual

frecuentemente en este tipo de termómetros

estaremos seguros de que tanto el cuerpo A,

ha sido el mercurio, encerrado en un tubo de

como

vidrio que incorporaba una escala graduada,

en equilibrio

 pero

A, B y C, tendrán igual temperatura. (1)

el

al

uso

de

aumentar

que

también

la

se

materiales

temperatura,

utilizaba

alcoholes

coloreados

en

termómetros grandes. El

creador

considerarse

termómetro.

B

y

C,

estarán

los

tres,

térmico. Es decir: los cuerpos

Escalas de temperatura: Lo que se necesita del

 primer termoscopio fue Galileo Galilei; este  podría

el

el

Consistía

predecesor en

un

del tubo

de vidrio terminado en una esfera cerrada; el extremo abierto se sumergía boca abajo

 para construir un termómetro son puntos fijos, es decir, procesos en los cuales la temperatura permanece constante. Ejemplos de procesos de este tipo son el proceso de ebullición y el proceso de fusión.

Los puntos generalmente utilizados son el

escala Celsius, la escala Kelvin y la escala

 proceso de ebullición y de solidificación de

Fahrenheit.

alguna sustancia, durante los cuales la

Escala Celsius  para esta escala, se toman

temperatura permanece constante.

como puntos fijos, los puntos de ebullición y Existen

varias

escalas

para

medir

de solidificación del agua, a los cuales se les

temperaturas, las más importantes son la

asignan

los

valores

escala Celsius, la escala Kelvin y la escala

respectivamente.

Fahrenheit.

valores se escriben como 100° y 0°. Esta

En

de esta

100 escala,

y

0

estos

unidad de medida se lee grado Celsius y se Lo que se necesita para construir un termómetro son puntos fijos, es decir,  procesos en los cuales la temperatura  permanece constante. Ejemplos de procesos de este tipo son el proceso de ebullición y el  proceso de fusión.

Los puntos generalmente utilizados son el  proceso de ebullición y de solidificación de alguna sustancia, durante los cuales la temperatura permanece constante.

Existen

varias

escalas

para

denota por °C.

medir

temperaturas, las más importantes son la

 Imagen 1

Escala kelvin: En este caso, la escala fue

amónico en agua. Estos puntos se marcaron

establecida por la escala kelvin, donde el

con los valores de 0 y 100 respectivamente.

valor de 0° corresponde al cero absoluto,

La unidad de esta escala se llama grado

temperatura en la cual las moléculas y

Fahrenheit y se denota por °F. Dado que en

átomos de un sistema tienen la mínima

escala Celsius, los valores de 0 °C y 100 °C

energía térmica posible. Ningún sistema

corresponden

macroscópico puede tener una temperatura

respectivamente, la fórmula de conversión

inferior. En escala Celsius esta temperatura

de grados Celsius a Fahrenheit es:

a

32 °F

y

212 °F

corresponde a -273 °C. Esta unidad de medida se lee Kelvin y se denota por [K]. Esta

unidad

se

llama

también

Escala

Tf = 9/5 Tc + 32 c·(2)

OBJETIVOS

Absoluta y es también la unidad adoptada 1.Construir

un

termómetro

de

 por el Sistema Internacional de Unidades. alcohol/agua Dado que 0 K corresponden a -273,15 °C, se  puede hallar una fórmula de conversión,

2.Conocer y aplicar la ley cero de la termodinámica.

entre la escala Celsius y la escala Kelvin, de la siguiente forma:

3.Establecer una escala empírica de temperatura

TK = TC + 273.15 C·

termómetro

utilizando construido

por

estudiantes

Escala Fahrenheit: En esta escala también se utilizaron puntos fijos para construirla,  pero en este caso fueron los puntos de solidificación y de ebullición del cloruro

MATERIALES Y REACTIVOS 1. Alcohol 2. Agua destilada

un los

3. Indicador rojo Congo

Calibracion de un termometro.

4. Termómetro 5. Beaker de 250 ml 6. Capilar 7. Pipeta de 50 ml 8. Auxiliar de pipeteo 9. Equipo de calentamiento 10. regla

PROCEDIMIENTO Construcción de un termómetro.

 Imagen 3

 Imagen 2

CALCULOS DATOS

1.Determinación del volumen de mezcla

Volumen de Temperatu Altura en mezcla ra de capilar de alcohol/ Tiempo Termómetr mezcla H2O (min) o alcohol/agu contenid Calibrado a (cm) o en (°C) capilar (cm3) 0 2 4 6 8 10 12 14 16

50 48 48 46 46 46 46 44 44

24,1 23,1 22,2 21,1 20,2 19,5 18,5 17,5 17,2

0,8267 0,7924 0,7616 0,7238 0,6930 0,6689 0,6346 0,6003 0,5900

T.H2O a D.del 32ºC 0,209 cm condición capilar ambiente Punto Punto 32ºC 50ºC mínimo máximo de de T. T. # de grados de escala empírica: 9ºE Punto Punto 0ºE 9ºE mínimo máximo de de T. T. (Tabla 1.)

alcohol/ H2O contenido en capilar (cm3). Al poseer el capilar, cualidades similares a la de un cilindro, se emplea la siguiente ecuación para el cálculo del volumen que ocupa el líquido en su interior.

=

(π ∗   ∗ ℎ)

(1).

4

Donde π es un numero racional, y equivale

a

3,141592,

D

es

el

diámetro del capilar, h la altura que alcanza el líquido dentro del capilar. Basándonos en la

tabla 1, tomemos

el caso para cuando la temperatura El

cálculo

del

volumen

de

mezcla

equivale a 50ºC.

(alcohol/agua), se muestra en el siguiente apartado.

Remplazando

los

satisfacen la ecuación:

valores

que

mejor compresión y entendimiento del comportamiento

del

sistema,

y

las

magnitudes que se están relacionando.

Para las demás temperaturas, se aplica el mismo

procedimiento,

obteniéndose

Gráfico:

los

resultados observados en la tabla 1.

2. Gráfico del sistema, comportamiento de la Temperatura vs altura de mezcla alcohol/agua en el capilar. Tabla del gráfico:

Temperatura Altura en de capilar de Termómetro mezcla Calibrado alcohol/agua (°C) (cm) 50 48 46 44 32

24,1 22,65 19,825 17,35 7,5

Ajustando el grafico por regresión lineal, se obtiene que la ecuación que más se acomoda a nuestro conjunto de datos es: y=1,072X + 24,398, que nos permite conocer posibles temperaturas a parir de la altura en nuestro sistema, o lo inverso.

La presente tabla está basada en los datos, al existir intervalos de temperatura semejantes, se decidió sacar un promedio entre las alturas correspondientes a sus respectivas temperaturas, con la finalidad de obtener una

3.Gráfico del sistema, comportamiento de la Temperatura vs volumen de mezcla alcohol/agua en el capilar

Tabla del gráfico:

siguiente ecuación, que se ajusta con mayor  propiedad a nuestro gráfico: y= 31,248X +

Volumen de Temperatura mezcla de alcohol/agua Termómetro contenido en Calibrado capilar (°C) (cm3) 50 48 46 44 32

24,398.

4. Relación matemática entre la escala

0,82679815 0,777053033 0,680135823 0,595226054 0,257302329

La presente se basa en los datos de la

termométrica empírica obtenida por el grupo (E) y la escala (°C).

Tabla

1.  Al igual que en el cálculo anterior, se  promediaron los volúmenes pertenecientes a una misma temperatura obteniéndose el siguiente gráfico:

Basándonos en la relación que existe entre la escala(ºC)

y

la

escala

(E),

podemos

determinar una función que nos permita determinar la equivalencia de grados Celsius en Ajustando el grafico por regresión lineal con la herramienta ofimática Excel, se obtiene la

la magnitud establecida para nuestro

termómetro (grados estudiantes). Partiendo de lo conocido se tiene:

La razón entre la escala ºC y E es

18 9

Así podemos aplicarlo también para otros valores.

=2

ANALISIS

Por lo tanto, nos permite formalizar, para la Al término de la experiencia, se obtiene una escala Celsius lo siguiente, partiendo de la serie de datos que nos permite analizar el temperatura mínima para la misma(32ºC): comportamiento de nuestro sistema, para

º = 2(º ) + 32 Para

obtener

los

valores

cada punto donde se realizaron diversos en

nuestra

escala(E), solo tenemos que despejar:

º =

º − 32 2

cálculos. 1. En la determinación del volumen de mezcla alcohol/ H2O contenido en capilar, se obtuvieron los resultados

Para comprobar dicha ecuación, podemos

 previstos, considerando a su vez la

remplazar un valor que este dentro del

 presencia de errores que pudieron

intervalo de nuestra escala.

influenciar en la “perfección” de

Por ejemplo, tomemos el valor máximo de

nuestro trabajo , principalmente en el

temperatura (50ºC), empleada para calibrar

simple hecho de que en nuestra

nuestro termómetro. Al remplazar como

ecuación

resultado debemos obtener 9º E, que es el

número

equivalente en nuestra escala:

racional, y posee infinitas décimas, y

(1), (π),

La cuyo

presencia

del

carácter

es

al no ser exacto (entero), ya se

º =

50−32 2

= 9º

estaría generando un error de salida , sin contar a parte de este error , la dilatación del vidrio que constituye

nuestro capilar, con la variación de

térmica(dilatación) son tenidas en cuenta

temperatura que de alguna manera u

como fundamento para la construcción de

otra afecta en pequeña proporción los

termómetros.

resultado para este punto.

Entre las propiedades físicas en las que

2. Para los puntos 2 y 3 de gráficos se

los

termómetros

eléctrica de algún metal, la variación

tienden a seguir trayectorias rectas,

de

que no son perfectas probablemente

la

fuerza

contacto

 por errores de medición, o a la hora

entre

electromotriz

de

dos

la

metales,

deformación de una lámina metálica

de tomar las medidas ya que como

o la variación de la susceptibilidad

humanos no somos seres perfectos.

magnética

Dicho lo anterior cavé recalcar la

afectan y limitan los resultados,

basan

 podemos encontrar la resistencia

 puede observar que los patrones

existencia de otros factores que

se

de

ciertas

sales

 paramagnéticas.

2.Investiga que el tiempo de respuesta de un termómetro y cuál es su importancia.

como: El largo del capilar, el envasé, Se

la presión de vapor que se genera

puede

definir

el

tiempo

de

respuesta del termómetro como el tiempo

internamente, etc.

característico que tarda en alcanzar la temperatura del medio ambiente, a su vez se

PREGUNTAS POST-LABORATORIO  puede determinar basándose en la ley de enfriamiento de Newton, la cual establece 1.

Consulta que otras propiedades físicas

además

de

la

expansión

que la rapidez de variación de temperatura es

proporcional

a

la

diferencia

de

temperatura entre el cuerpo y el medio

Termómetro de resistencia:

circundante.

Se

consideran

transductores

de

temperatura, cuyo funcionamiento

3.Consulta sobre los siguientes tipos de está radicado en el cambio de

termómetros: resistencia de un metal, o sustancia

Termómetro de líquido:

frente a la temperatura, además

Se basa en la expansión de un

cumplen la ley de ohm.

líquido, conforme se incrementa la temperatura, el líquido actúa como

Termómetro con lamina

un

bimetálica:

transductor,

convirtiendo

la

energía térmica en mecánica, al variar la temperatura, el líquido y el vidrio del termómetro se expanden con

diferente

expansión,

coeficiente

permitiendo

que

de el

líquido avance por el tubo capilar.

Se

basa

principalmente

en

la

medición de temperatura a partir de la contracciones y expansiones que generan dos aleaciones que poseen altos

y

bajos

coeficientes

de

dilatación.

Termómetro digital: Termómetro de gas a volumen

El termómetro digital se fundamenta

constante:

en la presencia de una sonda que

Es un termómetro que posee como sustancia termométrica, su propiedad termométrica

es

la

presión,

 basándose en la segunda ley de Gay Lussac.

actúan

como

 principalmente radiación

sensores estas

infrarroja

térmicos, mide

la

emitida

por

algunos cuerpos, al ser de carácter

electromagnética, puede realizar la

5ºC a ºE.

lectura en segundos.

º =

5−32 2

Pirómetro: Es un instrumento que puede medir la temperatura de un objeto sin estar

350ºC a ºE.

º =

350 − 32

en contacto con el mismo. Principalmente su lectura se basa en la

medición

de

2

= 159º

-70ºC a ºE.

ondas

º = electromagnéticas que son analizadas

= −13,5º

(−70) − 32 2

= −51º

 por un sistema óptico compuesto por

5.De las temperaturas mostradas en el

una lente o una fibra óptica, filtros y

punto anterior cuáles pueden ser medidas

un detector.

con el termómetro construido por usted y cuáles con un termómetro de mercurio.

4.Empleando

la

relación

matemática entre su escala y la escala Celsius indique a cuantos grados en su escala corresponden las siguientes temperaturas en °C.

Indique las razones. Con el termómetro construido, ninguna de las anteriores, debido a que los valores de nuestra escala el mínimo es de 0ºE, y el máximo 9ºE, ninguna se encuentra en el intervalo, para poder medir mayores debería

º =

º − 32 2

 prolongarse el largo del capilar, ya que en su condición normal al contener alcohol a temperaturas muy elevadas puede estallar.

85 °C a ºE.

º =

85−32 2

= 26,5º

En cambio, uno de mercurio, puede medir

llevó a cabo el procedimiento y así poder

todas aceptó la de -75ºC, ya que se escapa

realizar los diferentes cálculos y así aprender

del rango y las otras porque el mercurio

en su totalidad el concepto de ley cero de la

tiende a ser más estable para esos valores.

termodinámica.

6.Como afecta las mediciones de la altura de la mezcla alcohol/agua en el momento de dejar enfriar el sistema, los siguientes factores.

BIBLIOGRAFIA Guía

Si el tubo capilar se encuentra inclinado, el

de

laboratorio

de

fisicoquímica.

 Atilano P. Martínez.

líquido interior genera un desnivel oblicuo https://tublockupn.wordpress.com/escalasque impide la correcta lectura de la altura. de-temperatura/ (2) Si el sistema está expuesto a corriente de https://www.vix.com/es/btg/curiosidades/438 aire, la presión interna en el Vidal se 2/la-ley-cero-de-la-termodinamica (1) igualará con la externa, luego al momento de que ocurra una variación de temperatura no se observará ningún cambio en el sistema.

CONCLUSION Basándonos en la práctica se cumplieron los objetivos establecidos al comienzo del laboratorio a pesar de los diferentes errores que se encontraron causando así algunos retrasos en la práctica pero que al final se