Universidad de Guadalajara Laboratorio de Ondas, Fluidos y Física Molecular

Centro Universitario de Ciencias Exactas e Ingeierías 11/10/2022

Práctica 6
Termómetros: Contraste entre Instrumentos de Medición de Temperatura
Reporte de Práctica de Laboratorio
Redacción por Carolina Enríquez Morales

Trabajo colaborativo entre Arriaga Ayala Yahaira Montserrat, Camacho Rios Erick Abraham, Gómez Espinosa
Alvaro Yahel, Zúñiga Lozano Víctor Manuel, Enríquez Morales Carolina

Resumen
La presente práctica experimental consiste en constrastar las lecturas de medición obtenidas a partir de
emplear distintos termómetros. Dde igual forma, describe y ejemplifica el proceso mediante el cual se
buscan puntos fijos de una escala de temperatura, tomando como punto de partida la fusión y ebulliciíon
del agua.
Palabras Clave
Medición, temperatura, termodinámica, escala de medición, energía, instrumento de medición, agua, in-
certidumbre de medición, condiciones ambientales.
Objetivos trial presenta gran variedad en estructura, sistema
de operación y exactitud en su lectura.
Los alumnos logran. . .
A lo largo del presente documento se resaltan las
• Utilizar diferentes tipos de termómetros para diferencias entre distintos mecanismos útiles para
determinar la media en la energía cinética de comparar el promedio de energía interna del agua
las moléculas del agua en diferentes condi- y una escala de temperatura aceptada como pará-
ciones ambientales. metro.
• Identificar los puntos fijos del agua, recu- El desarrollo del presente documento contempla
rriendo a instrumentos de medición de diver- la explicación teórica de los conceptos físicos ex-
sas características. perimentados en el laboratorio, acompañados de
• Convertir una misma medición a distintas es- los modelos matemáticos que los describen; la
calas de cuantificación de temperatura. descripción detallada del proceso, acompañada
del análisis de los resultados y la conclusión de
• Explicar y aplicar el concepto de temperatu- este proceder. De igual forma, se incluyen ejer-
ra. cicios de conversiones entre escalas de medición
como anexos y la lista de fuentes consultadas.
• Reportar los resultados de su trabajo experi-
mental de manera escrita, utilizando un len- Marco teórico
guaje claro, objetivo y técnico.
La termodinámica es la disciplina íntimamente li-
Introducción gada a la física que se encarga de dar explicación
a los fenómenos relacionados a la energía.
La temperatura es una propiedad de la materia,
cuyo valor puede ser determinado mediante el Como cualquier otra rama de estudio, estable-
equilibrio térmico entre un instrumento de medi- ce fundamentos que fungen como pivotes para la
ción y el cuerpo analizado. Comúnmente a dicho construcción de sí misma. De esta forma, se puede
instrumento se le llama termómetro y su presen- introducir la noción de la Ley Cero de la Termodi-
cia en la vida cotidiana, labor científica e indus- námica. Se le conoce de esta forma debido a que

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enuncia el comportamiento esperado de cualquier

sistema. Citando textualmente a Raymond A. Ser-
way, “Si los objetos A y B por separado están en
equilibrio térmico con un tercer objeto C, enton-
ces A y B están en equilibrio térmico entre sí si se
ponen en contacto térmico.
Figura 2: Termómetro de alcohol utilizado durante
Para comprender lo anterior es necesario definir la experimentación.
temperaturacomo la medida del promedio de la
energía cinética experimentada por las partículas
que conforman a un cuerpo. vechaba el bajo calor específico del alcohol iso-
propflico al 90% de concentración para mostrar
Es consecuente que los cuerpos presenten diferen- una lectura en grados Celsius en una escala que
cias entre la cantidad de energía interna que ma- va desde los -20 hasta los 110 ◦ C. Suele utilizarse
nifiesten, si embargo, al entrar en contacto térmi- para medir la temperatura ambiental, por tanto es
co, es decir, tienen la posibilidad de intercambiar común encontrarlo en laboratoios.
energía entre sí: tienden al equilibrio térmico, si-
tuación en la que ya no se produce intercambio de Termopar
energía de ninguna manera.
El fenómeno anterior es el principio bajo el cual
los termómetros funcionan. Como ya se había
mencionado al principio del documento, existe
gran variedad de termómetros, cada uno con ca-
racterísticas distintas. A continuación, se enlistan
los utilizados durante la práctica experimental:
Termómetro de Mercurio

Figura 3: Termopar utilizado durante la experi-

mentación.

Este dispositivo es un sensor para medir la tem-

peratura. Se compone de dos metales diferentes,
unidos en un extremo. Cuando la unión de los dos
metales se calienta o enfría, se produce una ten-
Figura 1: Termómetro de mercurio utilizado du- sión que es proporcional a la temperatura. El ran-
rante la experimentación. go con el que puede determinar temperaturas de
entre -50 a 400 ◦ C. También es posible equipa-
Este instrumento contiene en su interior mercurio, rar a partir de grados Fahrenheit, de entre -58.0
el cual, al entrar en contacto con cuerpos de mayor a 999.9 ◦ F. Su presencia en la industria se debe
energía, se dilata por un fino canal graduado. En el principalmente a la precisión de sus mediciones.
caso del utilizado en esta práctica era de la marca De igual forma, puede encontrarse en el ámbito
DUVE, el cual suele ser utilizado en laboratorios. de la investigación en laboratorios.
También es usual en ámbitos de salud, con un ran-
Pirómetro
go de medición inferior. Su escala estaba dada en
grados Celsius y abarcaba desde -20 hasta 400 ◦ C. Este dispositivo, de la marca PAPOGO, tiene la
peculiaridad de determinar la temperatura de cual-
Termómetro de Alcohol
quier superficie sin necesidad de entrar en contac-
En el caso del termómetro de alcohol, este apro- to con ella, mide la radiación térmica de acuerdo

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En este punto es pertinente introducir las diferen-

tes escalas que fungen como parámetro para la de-
termiación de temperatura en diversos sistemas.

La más común y cotidiana es la de grados Celsius,

con representación ◦ C. Esta escala toma su nom-
bre a partir de su creador, Anders Celsius, quien
utilizara como puntos fijos la fusión del agua (0
◦
C) y el de ebullición (100 ◦ C). Algo interesan-
te por resaltar es su equivalencia a la intensidad
Figura 4: Pirómetro utilizado durante la experi- calórica a la escala de los grados kelvin
mentación.
Por otra parte, la escala de grados Fahrenheit fue
propuesta por el físico e ingeniero alemán Daniel
a la ley de Stefan Boltzmann, la cual afirma que la
Gabriel Farenheit en 1724 y toma como referencia
intensidad de energía radiante emitida por la su-
inicial la temperatura de una mezcla constituida
perficie de un cuerpo aumenta proporcionalmente
por hielo, sal de amonio (también utilizó agua de
a la cuarta potencia de la temperatura absoluta del
mar) y agua líquida (denominada en la actualidad
cuerpo. El rango de sus mediciones de este mode-
mezcla refrigerante) a la que le asigno el cero de la
lo en específico va desde los -50 hasta los 400 ◦ C.
escala. Como segundo se escogió el de la tempe-
Por su versatilidad, puede encontrarse en usos clí-
ratura de la sangre de un humano sano, ya que en
nicos, industriales relacionados con la metalurgía,
esta época se suponía que se mantenía constante,
de investigación astronómica y en laboratorios.
a la que asignó el valor 96. Se representan como
◦
Termómetro digital F.

La escala Rankine es una escala absoluta de tem-

peratura termodinámica en la cual todos sus valo-
res son positivos, ya que están referidos al cero ab-
soluto; la menor temperatura teórica que un cuer-
po puede alcanzar, pero que experimental y ter-
modinámicamente resulta imposible de conseguir.
Fue propuesta en 1859 por el ingeniero escocés
William John MacQuorn Rankine , once años des-
pués de que William Thomson publicara su escala
de temperatura absoluta en función de los grados
Figura 5: Termómetro digital utilizado durante la Celsius, °C.
experimentación. Finalmente, la escala de Kelvin, considerada ab-
soluta por idenntificar la mínima temperatura mí-
El instrumento era de la marca Digital Thermome- nima en el universo; sue ideada por William
ter, valiéndose de dispositivos transductores, utili- Thompson Kelvin en 1848, fue establecida em-
za luego circuitos electrónicos para convertir en pleando la escala Celsius, es decir reubicando su
números las pequeñas variaciones de tensión ob- punto cero (0) para hacerlo coincidir con el llama-
tenidas, mostrando finalmente la temperatura en do cero absoluto (-273,15 °C, mínima temperatura
un visualizador. Su rango de medición era de -50 posible) . Esta unidad termométrica se representa
a 300 ◦ C. También tenía escala en grados Fah- con la letra K y es considerada la “temperatura ab-
renheit, de entre -58.0 a 572 ◦ F. Es recurrente en el soluta”, razón por la cual es utilizada en el ámbito
negocio de las carnes frías y la cocina en general, científico, sobre todo en física y química.
aunque algunas variantes pueden emplearse en el
ámbito de la salud. Si bien la unidad de acuerdo al Sistema Interna-

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cional es el Kelvin, en ocasiones es pertinente uti- Algo similar sucede con los gases. Tomemos el
lizar las siguientes expresiones para efectuar con- ejemplo del nitrógeno y analizado desde la pers-
versiones: pectiva de presión y temperatura.

K =◦ C + 273,15 (1)

◦
R =◦ F + 459,67 (2)

◦ 9
R =◦ K (3)
5

◦ 9
F = (◦C ) + 32 (4)
5
Algebraicamente, se puede deducir que un regis-
tro de temperatura en ◦ F equivale a -40 ◦ C aproxi-
madamente:

0◦C = 32◦ F

100◦C = 212◦ F
1◦C = 1.8◦ F + 32
El estudio de la temperatura de los cuerpos brinda
detalles sobre su comportamiento y las modifica- Figura 7: Gráfica de presión que experimenta en
ciones físicas que experimenta. Si se toma el caso contraste con la temperatura a la que se encuentra
del agua, se puede plantear la siguiente figura: el nitrógeno.

Es evidente, que la relación entre la presión y la

temperatura del nitrógeno describe una función
exponencial, mientras que la del dióxido de car-
bono una logaritmítica. Esto indica que entre ma-
yor presión, se presenta un incremento en su tem-
peratura.
Métodos y Técnicas
Materiales

Termómetros de mercurio, alcohol, digital,

láser y termopar.
Figura 6: Gráfica de densidad en contraste con la
temperatura que presenta. Aproximadamente 5 ml de agua a tempera-
tura ambiente.
Nótese que, en el intervalo que va de desde -1 a
4◦ C la densidad del vital líquido va en aumento. Hielo
En valores más altos, la densidad merma, por lo Estufa eléctrica.
que se concluye que el hielo es más denso que la
fase líquida de este fluido. Vaso térmico de unicel.

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3. Restando ambas cantidades y dividiéndolas

entre 100 se obtuvo un nuevo valor equipara-
ble a los grados Celsius.

Figura 8: Gráfica de presión que experimenta en

contraste con la temperatura a la que se encuentra
el dióxido de carbono

Vaso de precipitado

Metodología experimental
Toma de medida de temperatura simultánea

1. Primeramente, se puso al calentar un poco de Figura 9: Identificación de los puntos fijos

agua, contenida en el vaso de precipitado y
bajo la influencia de la estufa eléctrica. Resultados
2. Para aprovechar la efímera existencia del hie- Los resultados obtenidos se enlistan a continua-
lo, se tomó su temperatura usando cada uno ción:
de los termómetros mencionados en la lista y
la lectura fue registrada.

3. Nuevamente, se midió el promedio de la

energía cinética interna del agua de mane-
ra simultánea, pero ahora con una muestra a
temperatura ambiente. Nuevamente se regis-
tró este número.

4. Finalmente, se comparó la del agua, que tras

haber sido calentada era vapor. Por su parte, los puntos fijos identificados fueron,
para el menor 4◦ C y el máximo como 90 ◦ C. Al di-
Identificación de puntos fijos del agua vidirlo entre 100, se obtiene que cada grado equi-
vale a 0.86 ◦ C.
1. Con el termómetro de mercurio se midió Conclusiones
nnuevamente la temperatura del hielo y se to-
mó nota de este valor. La termodinámica es la disciplina derivada de la
física que estudia los fenómenos relacionados a la
2. Aprovechando el vapor de agua, nuevamente energía, por ello, la temperatura, definida como la
se tomó medida de su nivel de energía con el media de la eergía cinética que poseen las partí-
instrumento de vidrio y mercurio. culas; es uno de sus temas de análisis. Respecto

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a ella enuncia la Ley Cero, que establece el equi- 52◦C = 585,27◦ K

librio térmico en un sistema de tres componentes
100◦C = 671,67◦ K
siempre que se encuentren contacto térmico. De
esta manera es como un termómetro es capaz de De ◦ F a ◦ K:
medir dicha magnitud.
Experimentalmente, hemos identificado que los −100◦ F = 199,817K
termómetros de mercurio, digitales, termopar y lá-
−20◦ F = 244,261K
ser son bastante exactos, mientras que el de al-
cohol presenta bastante incertidumbre, dado que 50◦ F = 283,15K
su calor específico es mayor que el del mercu-
200◦ F = 366,483K
rio. De igual forma, factores externos entorpecen
la medición, tales como la pérdida de energía a 1000◦ F = 810,927K
causa de corrientes más frescas de aire y la mala
Referencias bibliográficas
calibración del equipo.
Serway R. A., (1982) Termodinámica. En Físi-
Finalmente, la presión es otro factor importante ca(pp. 531-637). McGRAW-HILL
para determinar la temperatura de un gas, dado
que a mayor magnitud de dicha fuerza, la lectura
de la energía interna del fluido presentará ascen-
sos.
Anexos
Ejercicios
Realice las siguientes conversiones:
De ◦ F a ◦ C:

50◦ F = 10◦C

100◦ F = 37,77◦C
200◦ F = 93,33◦C
400◦ F = 204,44◦C
De ◦ K a ◦ C

0K = −273,15◦C

100K = −173,15◦C
300K = 26,85◦C
500K = 226,85◦C
De ◦C a ◦ R

0◦C = 491,67◦ K

20◦C = 527,67◦ K
37◦C = 558,27◦ K