Sensors de mesurament de temperatura

Temperatura

Temperatura

Definició de temperatura: La temperatura és la magnitud termodinàmica que posa en evidència l'energia tèrmica d'un cos en relació amb la d'un altre.

Malgrat que la definició de temperatura és simple i concisa, es pot explicar què és la temperatura d'una manera més extens:

Què és la temperatura?

La temperatura és una magnitud física de la matèria que quantifica les nocions comunes de calor i fred. Els objectes de baixa temperatura els percebem freds, mentre que objectes de temperatures més altes els considerem tebis o calents. Aquesta sensació fisiològica de fred i calor es genera en produir un intercanvi d'energia tèrmica entre el cos humà i altres cossos o, simplement, el medi que l'envolta.

Des del punt de vista físic, la temperatura d'una substància pot ser definida, segons la teoria molecular, com la mesura de l'energia cinètica mitjana de les molècules que la formen. D'altra banda, la temperatura es pot definir segons la mecànica estadística, com la derivada de l'energia respecte a l'entropia a volum constant.

En aquest sentit, la temperatura és una magnitud que descriu un estat macroscòpic i té un caràcter exclusivament estadístic; per tant, no té sentit parlar de temperatura d'una partícula material aïllada, sinó d'un conjunt en què sigui aplicable la llei dels grans nombres.

Els termòmetres són l'eina per mesurar quantitativament la temperatura, els quals, poden ser calibrats respecte a diferents escales de temperatura (escala Celsius, escala kelvin o escala Fahrenheit).

Escales per mesurar la temperatura

Atès que l'entropia, com a magnitud que expressa el grau de desordre d'un sistema termodinàmic, no té dimensions, de la definició de la mecànica estadística resulta que la temperatura pot ser mesurada en les mateixes unitats que l'energia. Tradicionalment, però, han estat creades les escales de temperatura en paral·lel amb les unitats d'energia. El factor que permet passar d'un sistema d'unitats d'energia a un de temperatura és anomenat constant de Boltzmann.

Les tres escales més habituals per mesurar la temperatura són:

  • L'escala Celsius. Mesura en graus centígrads.
  • L'escala Kelvin. Mesura en graus kelvin (actualment kelvin)
  • L'escala Fahrenheit. Mesura en graus Fahrenheit.

Gairebé tothom utilitza l'escala Celsius (° C) per a la mesura de la majoria de les temperatures. La variació de temperatura entre un grau i el següent en una escala Celsius és la mateixa variació que en una escala Kelvin. La diferència entre les escales Celsius i Kelvin està en la fixació del seu punt nul: en l'escala Celsius 0ºC corresponen al punt de congelació de l'aigua. Aquesta temperatura expressada en l' escala kelvin correspon als 273,15 kelvins (273,15 K). El punt nul de l'escala Kelvin, els 0 kelvin, correspon a la temperatura mínima a la qual podria arribar teòricament un cos. Més fred que els 0 kelvin és impossible.

Els intervals de l'escala Kelvin es mesuren en kelvin, però anteriorment es deien graus Kelvin.

No obstant això, hi ha alguns pocs països, sobretot els Estats Units, on encara s'utilitza l'escala Fahrenheit a la vida diària. Es tracta d'una escala de temperatures històrica en què el punt de congelació de l'aigua se situa als 32 ° F i la temperatura d'ebullició de l'aigua se situa als 212 ° F.

Mesura de la temperatura en el sistema internacional de mesures

La unitat de mesura de la temperatura en el Sistema Internacional d'Unitats (SI) és el kelvin. El kelvin, és per tant, la unitat usada pels científics. És freqüent veure-ho referenciat com a grau kelvin.

A efectes pràctics de la mesura de la temperatura dins dels camps de la ciència, el Sistema Internacional d'Unitats (SI) defineix una escala i una unitat per a la temperatura termodinàmica basant-se en el punt triple de l'aigua. El punt triple és aquell en el qual coexisteixen en equilibri l'estat sòlid, l'estat líquid i l'estat gasós d'una substància. Es defineix amb una temperatura i una pressió de vapor. El punt triple de l'aigua és un segon punt de referència fàcilment reproduïble.

Per raons històriques, el punt triple de l'aigua ha estat fixat en 273,16 unitats de l'interval de mesura. Aquest interval es diu kelvin (en minúscula) representat amb el símbol K (en majúscula) en honor del físic escocès William Thomson (Lord Kelvin) que va definir per primera vegada l'escala. Anteriorment es deia grau Kelvin.

La temperatura i la termodinàmica

Temperatura i termodinàmicaUna de les principals propietats estudiades en el camp de la termodinàmica és la temperatura. A la termodinàmica són especialment importants les diferències de temperatura entre diferents regions de la matèria. Aquestes diferències són les que permeten el moviment de la calor d'una regió a una altra. La calor és que és la transferència de l'energia tèrmica.

Espontàniament, la calor flueix només de les regions de major temperatura a les regions de menor temperatura. Tal com s'estableix a la segona llei de la termodinàmica en l'enunciat de Clausius. De manera que si no es transfereix calor entre dos objectes és perquè tots dos objectes tenen la mateixa temperatura.

Segons l'enfocament de la termodinàmica clàssica, la temperatura d'un objecte varia proporcionalment a la velocitat de les partícules que conté. No depèn del nombre de partícules (de la massa) sinó de la seva velocitat mitjana: a major temperatura major velocitat mitjana. Per tant, la temperatura està lligada directament a l'energia cinètica mitjana de les partícules que es mouen en relació al centre de massa de l'objecte.

La temperatura és una variable intensiva, ja que és independent de la quantitat de les partícules contingudes a l'interior d'un objecte, ja siguin àtoms, molècules o electrons. Es tracta d'una propietat que no depèn ni de la quantitat de substància ni del tipus de material.

Temperatura i energia tèrmica

Les molècules de totes les substàncies materials (sòlids, líquids i gasos) sempre es troben en un continu estat de vibració o agitació, a causa de les múltiples interaccions que pateixen dins el cos. En conseqüència a aquesta agitació aleatòria, els àtoms i molècules de la matèria posseeixen certa energia interna, ja que tenen energia cinètica en forma de moviment i també energia potencial a causa de les forces que s'exerceixen entre les partícules.

L'energia interna també se li coneix com l'energia tèrmica dels cossos. 

D'altra banda, la temperatura és la magnitud que permet registrar el valor mitjà de l'energia tèrmica d'un cos.

Mesura de la temperatura

Per poder determinar la temperatura d'un sistema, aquest ha d'estar en equilibri termodinàmic. Es pot considerar que la temperatura varia amb la posició només si per a cada punt hi ha una petita zona al seu voltant que es pot tractar com un sistema termodinàmic en equilibri. A la termodinàmica estadística, en lloc de partícules es parla de graus de llibertat.

Dins el camp de la termodinàmica, es diu que un sistema es troba en estat d'equilibri termodinàmic, si és incapaç d'experimentar espontàniament algun canvi d'estat o procés termodinàmic quan està sotmès a unes determinades condicions de contorn.

Equilibri tèrmic

En un enfocament més fonamental, la definició empírica de la temperatura es deriva de les condicions de l'equilibri tèrmic, que són expressades al principi zero de la termodinàmica.

Quan dos sistemes estan en equilibri tèrmic tenen la mateixa temperatura. L'extensió d'aquest principi com una relació d'equivalència entre diversos sistemes justifica fonamentalment la utilització del termòmetre i estableix els principis de la seva construcció per al seu mesurament. Tot i que la llei zero de la termodinàmica permetria la definició empírica de moltes escales de temperatura, la segona llei de la termodinàmica selecciona una única definició com la preferida: la temperatura absoluta, coneguda com temperatura termodinàmica.

Aquesta funció correspon a la variació de l'energia interna pel que fa als canvis en l'entropia d'un sistema. El seu origen natural, intrínsec o punt nul és el zero absolut, on l'entropia de qualsevol sistema és mínima. Encara que aquesta és la temperatura mínima absoluta descrita pel model, la tercera llei de la termodinàmica postula que el zero absolut no pot ser aconseguit per cap sistema físic.

Com es mesura la temperatura?

Actualment, hi ha diverses formes de mesurar la temperatura. Normalment els diferents sistemes depenen de l'aplicació o de si cal mesurar temperatures molt elevades o molt baixes. No obstant això, l'eina més coneguda i utilitzada és el termòmetre.

Les variacions de l'estat tèrmic d'un cos ocasionen canvis en algunes propietats macroscòpiques (dilatació, evolució de la resistència elèctrica, creació de forces electromotrius, canvis de pressió o de volum en un gas, etc.). En conseqüència, les variacions d'aquestes propietats permeten ser utilitzats per a la construcció d'instruments que detectin les variacions de temperatura.

valoración: 2.5 - votos 2

Última revisió: 9 de novembre de 2016

Tornar