Equilibrio tèrmico en los termómetros

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Esto se puede saber añadiendo un tercer sistema, es decir, un termómetro. De hecho, de esta ley tan simple de explicar es la base principal para entender el concepto de termómetro, su aplicación y su elaboración.

Ahora, la primera ley de la termodinámica está más relacionada con la energía interna, el trabajo y el calor. Cómo ya se había mencionado, el trabajo y el calor son propiedades en tránsito. Esto quiere decir que la energía interna obviamente en propiedad de la materia. En pocas palabras, se puede decir que la primera ley de la termodinámica no es otra cosa que el principio de la conservación de la energía aplicado a un sistema de muchísimas partículas (Hernández, s.f). Al conservarse la energía, ésta va transformándose en calor o en trabajo, según como sea el caso.

Para terminar de enunciar las leyes de la termodinámica, falta hablar de la segunda ley de la termodinámica. Esta ley llega a contradecir en algunos casos a la primera ley de la termodinámica, pues en ésta se hace mención a la conservación de la energía interna, acción que en algunos procesos no ocurren. Un ejemplo el cual es importante en este tema es con respecto a la temperatura. Cuando tienes dos cuerpos, uno con mayor temperatura que el otro, la transferencia se realiza del de mayor hacia el menor. Ahora, la segunda ley de la termodinámica explica por qué no se puede hacer el proceso de manera opuesta, es decir, que el de menor temperatura transfiera calor al de mayor. Esta ley fue postulada debido a que en procesos ideales como en el ejemplo anterior, conservaban su energía interna. Sin embargo, no es posible debido a que el proceso no puede llevarse a cabo debido a que la materia pierde energía conforme pasa el tiempo. En pocas palabras esta ley afirma que (Hernández, s.f) "la cantidad de entropía de cualquier sistema aislado termodinámicamente tiende a incrementarse con el tiempo”, donde la entropía es la energía que no puede utilizarse para producir trabajo, es decir, que no se conserva.

Equilibrio térmico y escalas de temperatura.

Una vez enunciadas las leyes de la termodinámica; de haber puesto ejemplos relacionados con la temperatura, es tiempo de hablar de ésta y de retomar la ley cero de la termodinámica para poder explicar lo que es un termómetro y sus funciones. El concepto de temperatura se usa muchas ocasiones en la vida cotidiana, sin embargo la mayoría de la gente no sabe la definición correcta. La asociamos con el calor con la frase “hace mucho calor” para decir que la temperatura ambiente es, en ese momento, elevada. La definición de temperatura está asociada con la energía de las partículas, se puede decir que es un promedio de la energía cinética de las partículas de un sistema. Por ejemplo, cuando hay agua hirviendo, se puede apreciar como el agua rebota. A nivel molecular, las partículas de agua chocan entre sí y con las paredes del sistema, estos choques hacen que cada partícula vaya calentándose y esto lo podemos comprobar si nos acercamos o si tocamos el agua, pero, ¿cómo podemos medir la temperatura? Retomemos la idea de la ley cero de la termodinámica, cuando dos cuerpos interactúan con un tercero, se dice que estos están en equilibrio térmico después de cierto tiempo. Ahora, supongamos que un tercer sistema es un tubo de vidrio y dentro de él está un líquido que tiende a dilatarse cuando incrementa la temperatura, entonces cuando se nota una dilatación, obviamente la temperatura subió. Y cuando el líquido no se dilata, es decir, se queda en su estado normal pues no hay un cambio de temperatura.

Por otra parte ¿cómo fue que se fue desarrollando el termómetro hasta la actualidad? Fue Galileo Galilei quien intentó construir el primer termómetro, aunque lo que inventó fue un termoscopio y este invento consistía en un tubo de vidrio cerrado por ambos extremos, dentro de él había agua, y sumergidas, había esferas de vidrio cerradas que contenían una cantidad de líquido coloreado (Salomón y Miatello, 2010). Algunos de los inconvenientes que presentaba este artefacto eran que, la variación de presión modificaba las mediciones hechas con este instrumento. También el termómetro sólo servía para detectar cambios de temperatura drásticos y no tenía una escala de medición, sin embargo, a partir de este suceso, empezaron a surgir ideas para tener un mejor instrumento de medición. Así el termómetro experimentó cambios: ahora el líquido que tenía adentro no sólo era agua, también contenía alcohol ya que esto evitaba que el líquido se congelara al alcanzar los 0°C y también para que no se evaporara. Fue hasta finales del siglo XVII, cuando Farenheit de Danzing reemplazó la mezcla de agua y alcohol por solamente alcohol. Él, a diferencia de Galilei, introdujo una escala a su termómetro. Tomó como puntos fijos la temperatura de la mezcla entre sal de mesa y hielo (esta mezcla tiene una temperatura de -18°C) y la temperatura del cuerpo humano. Así fue como se creó la escala Farenheit, la cual es muy utilizada en Estados Unidos y en el Reino Unido. Tiempo después, Farenheit fue perfeccionando su termómetro; una de las mejoras que introdujo a su instrumento de medición fue sustituir el alcohol por mercurio, ya que esto permitía medir temperaturas aún más altas.

Después de la gran aportación de Farenheit, se fue revolucionando el termómetro sin cambiar el líquido que contiene en el interior y a la vez, se fueron creando escalas de medición de temperatura. En 1742, el astrónomo Celsius introdujo su escala de temperatura. El cero de su escala lo comparó con el punto de congelación del agua, mientras que el punto de ebullición de esta sustancia fue el otro extremo de su escala termométrica (Cortes y Garibay, s.f‘). Así, la escala quedó dividida en 100 partes, de cero a cien. La escala Celsius, aunque no pertenece al sistema internacional de unidades, es muy utilizada para medir la temperatura corporal, además es mayormente usada en el ámbito científico.

De estas dos escalas derivan varias, pero la más destacada que surgió posteriormente fue la escala Kelvin. El nombre se le da en honor a Lord Kelvin, quien aportó un importante dato a la comunidad científica. Propuso el valor teórico en el que no hay movimiento molecular, es decir la temperatura igual al cero absoluto.

Sin duda hay demasiadas escalas de temperatura. Hoy en día, el sistema internacional de unidades (SI), tiene como unidad fundamental de temperatura al kelvin (Centro Español de Metrología, 2006). Es importante mencionar esto ya que el sistema internacional de unidades, como su nombre lo dice, quiere que se utilice de forma universal; que se sustituya por otros sistemas, como el MKS, el inglés, FPS, etc. Mientras eso no sucede, hay fórmulas que