Termometría y Densitometria

Resumen

Dilatación
de los líquidos

Los líquidos se caracterizan por
dilatarse al aumentar la temperatura, siendo su dilatación
volumétrica unas diez veces mayor que la de los
sólidos.

Sin embargo, el líquido más
común, el agua, no se comporta como los otros
líquidos. En la figura, se muestra la curva de
dilatación del agua. Se puede notar que, entre 0 y
4ºC el agua líquida se contrae al ser calentada, y se
dilata por encima de los 4ºC, aunque no linealmente. Sin
embargo, si la temperatura decrece de 4 a 0ºC, el agua se
dilata en lugar de contraerse. Dicha dilatación al
decrecer la temperatura no se observa en ningún otro
líquido común; se ha observado en ciertas
sustancias del tipo de la goma y en ciertos sólidos
cristalinos en intervalos de temperatura muy limitados, un
fenómeno similar. La densidad del agua tiene un
máximo a 4ºC, donde su valor* es de 1 000 kg/m3. A
cualquier otra temperatura su densidad es menor. Este
comportamiento del agua es la razón por la que en los
lagos se congela primero la superficie, y es en definitiva lo que
hace posible la vida subacuática.

Esta propiedad es importante en la
ingeniería, recordemos que los dos fluidos más
importantes para un ingeniero son el agua y el aire, el primero
prácticamente incompresible y el segundo sensiblemente
compresible.

Como el líquido carece de forma
propia, solo puede tener sentido hablar de dilatación
cúbica, pues sus dimensiones dependen del recipiente que
lo contiene, observándose un ascenso del nivel del fluido
debido a que en general, los líquidos se dilatan
más que los sólidos y en particular, que el
vidrio.

Cuando los líquidos se calientan es
más difícil medir el cambio de volumen que
experimentan que en los sólidos, porque, a la vez que el
líquido, también se dilata el recipiente que lo
contiene.

Imagen:

Los líquidos tienen mayores
coeficientes de dilatación que los sólidos, aunque
no son constantes: varían con la temperatura. El mercurio
es el líquido con coeficiente de dilatación
más constante; por eso se utiliza en los
termómetros.

Tipos de
termómetros

TERMÓMETROS LIQUIDOS: Todos
los cuerpos líquidos, sólidos y gaseosos se dilatan
o cambian de volumen con las variaciones de temperatura y gracias
a estas propiedades físicas de los cuerpos, en
meteorología se utilizan según las necesidades,
termómetros de alcohol o mercurio. Estos
termómetros hacen uso de la dilatación diferencial
de un líquido puro con respecto al tubo de vidrio que lo
contiene. Para que la dilatación sea más visible el
cuerpo térmico está formado por un bulbo o
depósito unido con el tubo capilar muy delgado en el que
se refleja con gran sensibilidad las variaciones de volumen. Las
variaciones de volumen del líquido son indicados por los
cambios de longitud del líquido en el interior del
capilar. La escala térmica se graba mediante la
calibración con respecto a un termómetro
patrón nacional o regional.

Si los termómetros van a prestar
servicio en una Red de Estaciones Meteorológicas estos
deberán ser contrastados con referencia a un
termómetro patrón en una Cámara
Termométrica y llevar consigo una tarjeta de contraste, el
error no deberá ser mayor a ± 0.3° C. El tipo
de líquido termométrico que se utilice en la
construcción de los diferentes termómetros va a
depender del tipo de temperatura que vaya a medir. En la
construcción de termómetros para fines
meteorológicos los líquidos que se utilizan son: El
mercurio, el alcohol etílico, el pentano, el tolueno, y
mercurio – talio. El mercurio generalmente se utiliza en la
construcción de termómetros con fines
meteorológicos por:

• Se puede obtener la pureza
  perfecta.

• Su punto de ebullición es de 360
  ° C, de congelación – 38.8° C.
  Encontrándose entre estos márgenes la
  mayoría de temperaturas que se registran en la
  naturaleza.

• El mercurio por ser un metal
  líquido adquiere rápidamente la temperatura del
  medio ambiente que lo rodea.

El alcohol etílico se utiliza en la
construcción de termómetros para la medición
de temperaturas mínimas, ya que su punto de
congelación es de -130 ° C y de ebullición 79
° C, aunque con bajas temperaturas pierde fluidez. El tolueno
se utiliza con los mismos fines, con una ventaja que con
temperaturas de – 70 ° C conserva su fluidez, su punto de
ebullición es de 110 ° C.

El vidrio que se utiliza en la
construcción de los termómetros debe tener un
pequeño coeficiente de dilatación para evitar y
disminuir los errores por instrumental.