El mesurament de la temperatura és una acció recurrent a la ciència i la tecnologia. Des de la investigació en laboratoris fins als processos industrials, la utilització de les escales termomètriques ens permeten interpretar i controlar fenòmens tèrmics.
Però què són exactament les escales termomètriques i quin és el seu paper en el mesurament de la temperatura? Aquest article explora els fonaments, classificacions i aplicacions d'aquestes escales, amb un enfocament didàctic i accessible.
Què és una escala termomètrica?
Una escala termomètrica és un sistema de referència que relaciona una propietat física mesurable amb valors de temperatura.
Aquestes escales es basen en fenòmens físics que varien de manera predictible amb els canvis de temperatura, com ara la dilatació de líquids, la variació de la resistència elèctrica o la pressió d'un gas a volum constant.
És important distingir les escales termomètriques de les escales de temperatura. Les escales de temperatura, com Celsius, Fahrenheit i Kelvin, són sistemes estandarditzats que s'utilitzen per expressar quantitativament la temperatura.
Les escales termomètriques, en canvi, estan associades als mètodes i instruments utilitzats per mesurar la temperatura.
Fonaments de les escales termomètriques
Les escales termomètriques són eines fonamentals per mesurar la temperatura, basades en la relació entre les propietats físiques dels materials i els canvis de temperatura.
Per comprendre'n el funcionament, cal conèixer els principis que les regeixen, com les propietats termomètriques, el calibratge i la reproductibilitat.
Propietats termomètriques
Una propietat termomètrica és una magnitud física que varia de manera predictible amb la temperatura. Això permet utilitzar-la com a base per mesurar aquest paràmetre.
Exemples comuns de propietats termomètriques inclouen la dilatació de líquids, com ara el mercuri o l'alcohol, que augmenta amb la calor, i la variació de la pressió d'un gas a volum constant.
Altres exemples inclouen els canvis en la resistència elèctrica de materials conductors i la radiació tèrmica emesa per cossos calents, utilitzada en dispositius com els piròmetres.
Calibratge
El calibratge d'una escala termomètrica s'aconsegueix mitjançant la definició de punts de referència específics, com ara el punt de congelació i l'ebullició de l'aigua, o el punt triple de l'aigua, que correspon a 273.16 K a l'escala Kelvin.
Aquests punts permeten assignar valors precisos i uniformes a les temperatures mesurades.
Llinealitat i reproductibilitat
A més, les escales termomètriques ideals es caracteritzen per la seva linealitat i reproductibilitat . Això vol dir que la relació entre la propietat mesurada i la temperatura és proporcional i consistent, garantint que els resultats siguin fiables i comparables, independentment de l'instrument utilitzat.
Classificació de les escales termomètriques
Les escales termomètriques es classifiquen segons la propietat física utilitzada per mesurar la temperatura.
A continuació, es descriuen les més comunes i les característiques principals:
1. Basades en la dilatació
Els termòmetres de mercuri i alcohol en són els exemples més representatius. Aquests dispositius mesuren la temperatura aprofitant la dilatació dun líquid contingut en un tub capil·lar.
Són àmpliament utilitzats en aplicacions quotidianes a causa de la seva simplicitat i fiabilitat.
Els termòmetres de mercurió són econòmics, fàcils de fer servir i requereixen poc manteniment. Tot i això, el seu rang de mesurament està restringit pels punts de congelació i ebullició del líquid utilitzat, cosa que els fa inadequats per a temperatures extremes.
2. Basades en la pressió d'un gas
Els termòmetres de gas a volum constant funcionen mesurant la pressió dun gas que varia linealment amb la temperatura, sempre que el volum es mantingui constant.
En general, ofereixen una alta precisió i un rang de mesura molt ampli.
Són comuns en investigacions científiques i en el calibratge d'altres instruments de mesura.
3. Basades en propietats elèctriques
En aquesta categoria trobem els termòmetres de resistència (RTD) i els termoparells. Els RTD utilitzen la variació de la resistència elèctrica en materials com el platí, la resistència del qual augmenta de forma predictible amb la temperatura. Els termoparells, per la seva banda, generen un voltatge proporcional a la diferència de temperatura entre dos metalls units
Els avantatges que tenen és que són robusts, tenen un ampli rang de temperatura i permeten mesuraments remots.
S'utilitzen en el control industrial, el monitoratge de processos i experiments científics.
4. Basades en radiació tèrmica
Els piròmetres i termòmetres infrarojos mesuren la radiació tèrmica emesa pels cossos calents per determinar-ne la temperatura.
Aquests tipus d'escales termotèrmiques no requereixen contacte físic amb l'objecte que es mesura i són ideals per a temperatures extremadament altes o per a objectes en moviment.
Entre altres, s'utilitzen a la indústria metal·lúrgica, al control de qualitat i en sistemes de seguretat.
5. Basades en transicions de fase
Aquestes escales es basen en les temperatures de les transicions de fase, com ara la fusió o la solidificació, que són punts de referència molt precisos. Un exemple destacat és el punt triple de l‟aigua (273,16 K), utilitzat per calibrar l‟escala Kelvin.
Aquestes escales termoelèctriques proporcionen una altíssima precisió.
Relació entre escales termomètriques i escales de temperatura
Les escales termomètriques permeten mesurar la temperatura de manera precisa, però els resultats han de ser expressats en una escala de temperatura estandarditzada.
Per exemple: Un termòmetre de mercuri calibrat a Celsius proporcionarà lectures com 0 °C (punt de congelació de l'aigua) o 100 °C (punt d'ebullició de l'aigua). D'altra banda, un termòmetre de resistència podria estar calibrat a Kelvin, amb lectures com 273,15 K per al punt de congelació de l'aigua.