Aunque no es tan común en la vida cotidiana, el uso del termómetro de gas es fundamental en laboratorios, investigaciones científicas, en algunos procesos industriales donde la precisión es esencial y en institutos para enseñar ciertas leyes a los alumnos. Aprende a continuación cómo funciona, sus características y tipos más comunes, además de las teorías físicas que sustentan su operación.
¿Qué es un termómetro de gas?
El termómetro de gas es un instrumento utilizado para medir temperaturas a través de la expansión o contracción de un gas dentro de un volumen constante. Se basa en la ley de Boyle y la ley de Charles, que relacionan la presión y el volumen del cuerpo gaseoso con su temperatura, siempre que la cantidad del mismo y el volumen del recipiente se mantengan constantes.
Este tipo de termómetro es especialmente útil en situaciones que requieren mediciones de temperatura con gran precisión, en particular cuando se necesitan temperaturas extremas o en aplicaciones de alta precisión.
¿Cómo funciona un termómetro de gas?
Estos termómetros se basan fundamentalmente en la regla del aumento volumétrico de la temperatura de un gas o fluido, según el artículo de la International Journal of Ambient Energy. Es decir, que los cuerpos gaseosos se expanden o contraen a medida que cambia la temperatura.
En este instrumento, un volumen constante de gas se encuentra contenido en un recipiente hermético. A medida que la temperatura del mismo aumenta, sus moléculas se mueven más rápido, lo que genera un aumento en la presión del cuerpo gaseoso.
De acuerdo con las leyes de los gases ideales, este cambio de presión es directamente proporcional a la temperatura del gas, lo que permite determinar la temperatura mediante la medición de la presión.
¿Cuáles son las características del termómetro de gas?
Las principales características de un termómetro de gas incluyen las siguientes.
- Precisión: este tipo de termómetro es extremadamente preciso en la medición de temperaturas, especialmente en rangos elevados. Es uno de los más utilizados cuando se requiere una alta exactitud, como en la investigación científica.
- Rango de medición: a diferencia de los termómetros comunes, pueden medir temperaturas mucho más altas o bajas, por ello tienen un rol importante en aplicaciones industriales.
- Sensibilidad: son sensibles a pequeñas variaciones en la temperatura.
- Sin contacto directo: a diferencia de los termómetros de mercurio, no requiere contacto directo con la sustancia a medir, lo que reduce el riesgo de contaminación y permite medir temperaturas de sustancias en movimiento o en condiciones extremas.
Tipos de termómetro de gas
Existen varios tipos de este instrumento, los cuales se pueden clasificar según su diseño y el principio físico que emplean:
Termómetro de gas a volumen constante
En este tipo de termómetro, el volumen del gas se mantiene constante mientras varía la temperatura. La medición de la presión permite calcular la temperatura del cuerpo gaseoso.
Termómetro de gas a presión constante
A diferencia del tipo anterior, en este modelo se mantiene constante la presión del gas y se permite que el volumen cambie. El cambio en el volumen es utilizado para calcular la temperatura.
Termómetro de gas a presión y volumen variables
Este modelo permite tanto el cambio de volumen como el de presión. Este tipo de termómetro de gas es más flexible, pero también más complejo en cuanto a su uso y calibración.
¿Qué leyes se involucran en su funcionamiento?
Su funcionamiento está basado en varias leyes fundamentales de la termodinámica, entre ellas:
Ley de Boyle
Establece que, a temperatura constante, el volumen de un gas es inversamente proporcional a la presión. En un termómetro de este tipo, la variación de presión a volumen constante es fundamental para la medición de la temperatura.
Ley de Charles
Esta ley establece que, a presión constante, el volumen de un gas es directamente proporcional a su temperatura.
Es una de las bases para estos termómetros que mantienen la presión constante y miden el cambio en el volumen.
Ley de los gases ideales
Generaliza el comportamiento de los gases y establece una relación matemática entre el volumen, la presión, la temperatura y la cantidad del cuerpo gaseoso.
Un termómetro de gas ideal utiliza esta ley para medir con precisión la temperatura en función de la presión o el volumen.
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Fuentes de consulta:
- https://amyd.quimica.unam.mx/pluginfile.php/5741/mod_resource/content/2/Term%C3%B3metros_Tipos.pdf
- https://blogs.upm.es/museoetsidi/2023/07/05/no-1002051-termometro-de-gas-a-volumen-constante-1967/
- https://taylorandfrancis.com/knowledge/Engineering_and_technology/Chemical_engineering/Gas_thermometer/
- https://www.uv.es/=termo/Laboratori/Termodinamica/Guiones/cas/01-08.pdf
- https://recursoseducativos.unam.mx/bitstream/123456789/19835/1075/Lectura%203%20Temperatura.pdf
