El creador del primer termoscopio, predecesor del termómetro, fue Galileo Galilei. En 1611, Santorio Santorio incorporó una escala numérica al aparato, y es a él a quien se le atribuye la creación del termómetro.
Los termómetros y sus aplicaciones
En las complejas sociedades modernas, la utilizaron de diferentes tipos de termómetros es muy común e importante. En el termómetro común se aprovecha la propiedad que presentan los cuerpos de dilatarse al aumentar la temperatura o de contraerse si esta disminuye. Aunque esta propiedad la comparten los sólidos, líquidos y gases, en los termómetros comunes se emplean preferentemente el mercurio y el alcohol. El termómetro casero que nos ayuda a determinar variaciones de la temperatura ambiental, consta de un tubo capilar (tubito de muy pequeño diámetro) cerrado en el extremo superior y ensanchado en el inferior formando un pequeño recipiente esférico o cilíndrico. Esta parte ensanchada esta lleno de mercurio que al calentarse se dilata y al aumentar su volumen se percibe un ascenso que registra un valor al checar a la escala termométrica.
En nuestra ilustración se dibujo un termómetro clínico cuyo invento se remonta al siglo XIX. En el es fácil apreciar un estrangulamiento en la parte inferior, que tiene como función dividir a la fina columna de mercurio en 2 sesiones, lo que origina que las personas podamos leer la temperatura pues fija la porción superior de la columna de mercurio, dejando una lectura, los termómetros clínicos son de máxima es decir solo indican la temperatura máxima a la que ha sido expuesto, y como se fijan las columnas de mercurio, deben ser agitados vigorosamente, cada vez, que se toma una nueva lectura. Un termómetro sofisticado es el conocido como par termoeléctrico, el cual es empleado para medir la temperatura de los gases de humo de las chimeneas industriales y de hornos. Como se ve en la ilustración se compone de hilos de dos metales diferentes, comúnmente cobre y hierro. Cuando se instala el par termoeléctrico, los hilos que entran en contacto con los humos calientes aumentan su temperatura, mientras que los hilos que quedan fuera del horno mantienen otra temperatura. Esta diferencia origina una tensión eléctrica que registra un voltímetro, que nos ofrece la temperatura de los gases.
Finalmente mencionamos a los termisores, los cuales son instrumentos para medir la temperatura en lugares de difícil acceso o reducido estos termómetros especiales consisten en material semiconductor que deja pasar mas corriente eléctrica a medida que aumenta la temperatura, a estos termómetros se les suman los de resistencia y bimetalitos.
Dos conceptos diferentes: Calor y temperatura
El significado de “calor y temperatura” no coinciden para nada con el significado de nuestro lenguaje cotidiano. El físico Joseph Black comentaba que varias substancias conocidas registraban diferentes temperaturas cuando se les aplicaba la misma cantidad de calor, el había observado que elevar en un grado Celsius la temperatura de un gramo de hierro requería 3 veces mas calor que el calentar en la misma proporción un gramo de plomo y el berilio necesitaba 3 veces mas calor que el hierro, cuando calentamos un trozo de hielo, pues aunque este se derrita lenta o rápidamente, el hielo no aumenta su temperatura. Pese a estas atrevidas aseveraciones, la diferencia entre el calor y la temperatura deberían de esperar aun mucho tiempo. Hoy en día se define que el calor es la energía térmica que pasa de un cuerpo a otro, es decir que el calor es la energía total contenida en los movimientos moleculares de una determinada cantidad de materia. Mientras que la temperatura representa la velocidad promedio del movimiento molecular en esa materia. En nuestra ilustración vemos como se emplean en dos recipientes con diferentes cantidades de agua y con la misma temperatura inicial. Se calientan con la misma fuente de calor durante el mismo tiempo y resulta que el aumento de temperatura es mayor cuanto menos es la mas que se caliente. De esta experiencia, podemos explicar que el calo9r es la energía térmica que pasa de un cuerpo a otro, en cambio la temperatura, es una medida física que nos dice cual caliente o cual frió esta un objeto y depende de las características del material y de la cantidad de materia.
Como se transmite el calor
En la antigüedad muchos hombres conocían ciertas características del calor y de la temperatura. De manera precisa, ya sabían que el calor se transmite siempre de un cuerpo caliente a otro frió, lo que aprovechaban para forjar sus armas, calentar sus viviendas y conservar sus alimentos. Hoy sabemos que el ardiente sol calienta a la fría tierra, y los radiadores calientes nuestras frías habitaciones en los crudos inviernos. Estos ejemplos y muchos otros más nos ejemplifican y enseñan como el calor se transmite. Sin embargo la humanidad debió esperar mucho tiempo para entender racionalmente lo anterior, pues los científicos debieron formular la teoría atómica que establece que al calentar un cuerpo, las moléculas de su superficie comienzan a incrementar sus movimientos, y este movimiento se transmita de molécula en molécula. De esta manera, se explica la conductividad y la corriente térmica de los cuerpos.
Hoy sabemos que el calor se propaga en 3 formas diferentes. En los gases y líquidos por convección y en los solidos por conducción mientras que los cuerpos calientes emiten el calor por radiación. Cuando un soldador aplica calor a una estructura metálica, lo que realmente esta sucediendo es que aumenta el movimiento de sus moléculas en el punto donde recibe el calor, es decir, las partículas afectadas oscilan con mayor energía. Estas partículas comunican su energía a las partículas vecinas a partir de choques y estas a otras, de manera que la energía se transmite en todo el material. A esta forma de transmisión del calor se le conoce como conducción y los mejores conductores del calor son los metales, mientras que los malos conductores del calor (aislantes) son la madrea, vidrio, plástico.
La segunda forma de transmisión de calor es la convección, fenómeno propio de los fluidos (Gases y líquidos) que consiste en que cuando se calienta un fluido las capas cercanas a la fuente de calor se calientan por conducción y comienzan a dilatarse y a aumentar su volumen y por tanto se hacen mas ligeras que el resto del fluido, estas capas calientes son desplazadas por las capas frías cercanas, que por ser mas densas y pesadas, decienden. Cuando estas se calientan suben formándose un ciclo de corrientes ascendentes calientes y descendentes frías, de este modo se calienta todo el liquido. La circulación del calor por la convección de fluidos es muy importante en la naturaleza, pues la razón de los vientos alisios y las corrientes marinas, y técnicamente esta propiedad es empleada por los ingenieros en numerosos sistemas de calefacción y refrigeración.
Por ultimo mencionaremos, que la radiación calorífica es la tercera forma en como se transmite el calor, y es propio de los cuerpos que poseen una radiación electromagnética, como la estrellas o de los cuerpos por encima del ser absoluto (-273º centígrados) y que pueden propiciar combustiones un buen ejemplo de este tipo de reacción térmica lo encontramos en la combustión de la madera y en la radiación electromagnética del sol que calienta nuestro planeta y seca la ropa de nuestras casas.
Es importante saber que este tipo de transmisión calórico fluye bien en el aire pero se propaga mejor en el espacio.
El termoscopio de Galileo
Uno de los efectos mas conocidos es la dilatación térmica. Pues la mayoría de las personas saben que los cuerpos ser expanden o se dilatan cuando se calientan y se contraen cuando se enfrían. Sin embargo, la dilatación y la contracción que experimentan los cuerpos varían de acuerdo al material. El efecto de dilatación es mas notable en los líquidos y gases que en los sólidos, Galileo fue quien invento por primera vez aprovechar tal hecho para observar los cambios de temperatura y a finales del siglo XVI realizo los primeros experimentos sobre el efecto que el calor y el frió producen en el agua contenida en tubos de vidrio.
De esta forma, Galileo hacia el año de 1590 construyo un artefacto como el ilustrado, el cual constaba de un matraz de vidrio que se prolongaba por un estrecho tubo que estaba sumergida en una vasija llena de agua.
Cuando galileo calentaba con las manos al matraz, el aire que este contenía se dilataba, y cuando retiraba las manos se contraía y el agua ascendía por el tubo. Pero cuando mas se enfriaba el matraz, mas ascendía el agua lo que le permitió a este genio de la ciencia registrar la variación de temperatura. De hecho la humanidad iniciaba el difícil camino de tratar de cuantificar la temperatura y lo comenzaba con el termoscopio de Galileo.
Conociendo la temperatura de las estrellas
Cuando la luz es captada por un telescopio esta se deja pasar por un prisma que la descompone en gamas de diferentes longitudes de onda, formando el espectro. Cuando se analizan los espectros las imágenes que tienen ante sus ojos los astrónomos son parecidas a los dibujos de la ilustración. En estas fotografías el espectro de una estrella caliente, es mas intensa por la parte violeta y será mas fría por la parte roja, de esta manera, a través del espectrómetro el hombre conoce por medio de la luz la temperatura de los lejanos soles del universo.
Biografía del termómetro
Daniel Gabriel Fahrenheit
Físico holandés. Pese a su origen polaco, Daniel Gabriel Fahrenheit permaneció la mayor parte de su vida en la República de Holanda. El fallecimiento repentino de sus padres, comerciantes acomodados, cuando contaba quince años de edad, propició su traslado a Ámsterdam, por entonces uno de los centros más activos de fabricación de instrumentos científicos. Tras un viaje de ampliación de estudios por Alemania e Inglaterra y una estancia en Dinamarca, en cuya capital conoció a Roemer (1708), fue soplador de vidrio en Ámsterdam y comenzó a construir instrumentos científicos de precisión.
Autor de numerosos inventos, entre los que cabe citar los termómetros de agua (1709) y de mercurio (1714), la aportación teórica más relevante de Fahrenheit fue el diseño de la escala termométrica que lleva su nombre, aún hoy la más empleada en Estados Unidos y hasta hace muy poco también en el Reino Unido, hasta la adopción por este país del sistema métrico decimal.
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