Page 354 - Física Tippens: Conceptos y Aplicaciones, Séptima Edición Revisada

16.3 El termómetro de gas
Ejemplo 16.2
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Para convertir el intervalo a grados Celsius, elegimos el factor de conversión que permite
cancelar las unidades Fahrenheit. O sea,
/ 5°C \
At = 50°F ----- ; At = 27.8°C
\9°F /
El punto de fusión del plomo es de 330°C. ¿Cuál es la temperatura correspondiente en
grados Fahrenheit?
Plan: En este caso se tiene una temperatura específica en la escala Celsius, y debemos
convertirla en la temperatura correspondiente en la escala Fahrenheit. Primero hallaremos
la diferencia de intervalos y luego sumaremos 32°F para compensar la diferencia entre los
puntos cero.
Solución: Al sustituir los valores en la ecuación (16.4) se obtiene
9 9
tF = - t c + 32 = -(330) + 32
= 594 + 32 = 626°F
Es importante reconocer que tF y tc en las ecuaciones (16.3) y (16.4) representan las tempera­
turas correspondientes. Los números son diferentes ya que el origen de cada escala era un punto
diferente y los grados eran de diferente tamaño. Lo que estas ecuaciones nos dicen es la relación
entre los números que están asignados a temperaturas específicas en dos escalas diferentes.
El termómetro de gas
Aunque el termómetro de mercurio en vidrio es el más conocido y usado, no es tan preciso
como otros. Además, el mercurio se congela a aproximadamente —40°C, lo que restringe el
intervalo en que puede ser usado. Un termómetro muy exacto con un extenso rango de medi­
ción se puede construir utilizando las propiedades de un gas. Todos los gases sujetos a calen­
tamiento se dilatan casi de la misma forma. Si la dilatación se evita manteniendo constante el
volumen, la presión aumentará proporcionalmente con la temperatura.
En general, hay dos tipos de termómetros de gas. Uno de ellos mantiene la presión cons­
tante y utiliza el incremento de volumen como indicador. Este tipo se denomina termómetro
a presión constante. El otro tipo, llamado termómetro a volumen constante, mide el incre­
mento de presión en función de la temperatura. El termómetro a volumen constante se ilustra
en la figura 16.6. El bulbo B contiene gas, y la presión que éste ejerce se mide por medio de un
manómetro de mercurio. A medida que aumenta la temperatura del gas, éste se dilata, forzan­
do al mercurio a desplazarse hacia abajo en el extremo cerrado del tubo y a subir en el extre­
mo abierto. Para mantener constante el volumen de gas, el mercurio en el extremo abierto del
tubo debe elevarse hasta que el nivel de mercurio en la parte cerrada del tubo coincida con la
marca de referencia R. La diferencia entre los dos niveles de mercurio es entonces una indica­
ción de la presión del gas a volumen constante. El instrumento puede calibrarse para realizar
mediciones de temperatura con puntos fijos, como ya se explicó en la sección anterior.
El mismo aparato puede usarse como un termómetro a presión constante (véase figu­
ra 16.7). En este caso, se permite que el volumen del gas en el bulbo B aumenta a presión
constante. La presión ejercida sobre el gas se mantiene constante a 1 atm, ya sea bajando o
subiendo el mercurio del tubo abierto hasta que los niveles del metal coincidan en ambos
tubos. El cambio de volumen a causa de la temperatura puede indicarse por medio del nivel