¿Qué Es Un Termómetro De Gas?: 2 Tipos Y Función

Existen diversos instrumentos para medir la temperatura, uno de estos es el termómetro de gas, el cual es utilizado en las industrias de proceso para determinar la temperatura de diferentes productos.

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    ¿Qué es un termómetro de gas?

    Un termómetro de gas es aquel que cuenta con un diseño especial que contiene un gas que reacciona a los cambios de temperatura.

    Es decir, dependiendo de la temperatura el volumen o la presión del gas se modifican, por lo tanto según los valores de volumen o presión del gas se obtienen las temperaturas que causan sus variaciones.

    Sin embargo, es importante mencionar que existen dos versiones del termómetro de gas las cuáles deben ser abordadas de manera detallada tales son el termómetro de gas a volumen constante y el termómetro de gas a presión constante, los cuales se desarrollarán más adelante.

    ¿Cómo se constituye el termómetro de gas?

    Consta de un recipiente el cual contiene un gas en su interior que se aloja normalmente en la parte correspondiente a la estructura esférica del mismo. El gas utilizado depende de los niveles de temperatura a considerar, es decir, que según el gas que se emplee, el termómetro podrá operar en rangos de temperaturas distintos.

    El tipo de gas puede ser helio, hidrógeno o nitrógeno dependiendo de la aplicación y cada uno cuenta con sus propios rangos específicos de temperatura.

    En la versión del termómetro de gas a volumen constante, además del tipo de gas que contiene, se incluye el mercurio en el mismo recipiente, pero en la parte cilíndrica, donde el mismo fluye hacia un sentido u otro dependiendo de la temperatura.

    ¿Cómo funciona el termómetro de gas?

    Como se nombró anteriormente se tienen dos tipos de termómetros de gas, por lo cual, abordaremos el funcionamiento de estos a continuación.

    Termómetro de gas a volumen constante

    El termómetro de gas a volumen constante, contiene un gas específico en su interior, dicho gas mantiene su volumen constante, debido a que su volumen no cambia, los cambios en la temperatura se perciben gracias a los cambios en la presión del gas.

    Los cambios de temperatura en el termómetro de gas a volumen constante producen cambios en la presión del mismo. Contiene además del gas mercurio en su interior que reacciona a los cambios de la presión del gas tal y como se muestra en la siguiente figura.

    Termómetro de gas
    Termómetro de gas a volumen constante

    Como se puede observar en la imagen anterior se verifica lo dicho anteriormente, el volumen del gas se mantiene constante y los cambios en la temperatura se deben a variaciones en la altura del mercurio.

    Si se observa minuciosamente la misma figura se puede notar que en la parte inferior del tubo en forma de U que contiene el mercurio, también se muestra la variación en la altura que presenta el gas con los cambios en la temperatura.

    Lo que quiere decir que cuando se produce un aumento de presión, el gas empuja al mercurio hacia abajo en el lado izquierdo de la figura anterior y hacia arriba en el lado derecho.

    Sin embargo, se dijo que la medida se hace a volumen constante, es decir que luego que el volumen del gas se expande empujando la columna de mercurio, aún esa no es la altura que se debe tomar puesto que el volumen del gas cambió, se dilato, lo que causó el movimiento del mercurio.

    Por lo que se levanta manualmente la parte derecha del tubo que contiene el mercurio haciendo que el mercurio suba en la columna de la izquierda del mismo tubo, el mercurio se hace subir en la parte izquierda hasta que el volumen del gas sea el mismo, para considerar una medición de temperatura adecuada, correspondiente a un cambio en la presión del gas a volumen constante.

    • Consideración 

    Cuando un termómetro de gas a volumen constante se sumerge en un sitio donde se desea medir una temperatura dada, si la temperatura aumenta el gas se expande por lo que aumenta su volumen.

    Debido al aumento de volumen es que es necesario regresar manualmente el volumen del gas a su volumen inicial, alzando o bajando el depósito o tubo que contiene el mercurio según la variación de temperatura.

    En la lectura de temperatura el volumen en un termómetro de gas a volumen constante antes y después de proceder a medir dicha temperatura se mantiene constante, aunque haya un cambio en la temperatura, la diferencia es que la altura en la columna de mercurio cambia debido a cambios en la presión y por medio de dicha altura se puede conocer la temperatura correspondiente.

    • Comportamiento de un gas a volumen constante

    Supongamos que se tiene un gas a volumen constante dentro de un recipiente lo que quiere decir que independientemente de la temperatura su volumen permanece inalterable.

    • ¿Qué pasa cuando la temperatura de un gas a volumen constante aumenta?

    Cuando la temperatura del gas aumenta, la energía cinética media de las partículas internas del gas aumenta, y se sabe que la energía cinética aumenta con los aumentos de la velocidad, lo que quiere decir que en el momento que la energía cinética media de las partículas aumenta también lo hacen sus velocidades.

    Lee: 15 instrumentos para medir la temperatura

    Al aumentar la velocidad de las partículas del gas, las mismas se mueven con mayor rapidez golpeando el recipiente con mayor fuerza lo que causa un aumento en la presión del gas.

    Tenemos entonces que si la temperatura del gas a volumen constante aumenta, la velocidad de las partículas aumenta por lo que la presión aumentará de la misma manera debido a la fuerza más intensa con la que las partículas golpean al recipiente.

    • ¿Qué pasa cuando la temperatura de un gas a volumen constante disminuye?

    Cuando la temperatura del gas disminuye la energía cinética media de las partículas disminuye, por lo tanto sus velocidades disminuyen de la misma manera y por lo tanto, la fuerza con que las partículas golpean al recipiente de volumen constante que contiene al gas disminuye.

    La disminución en la fuerza interna de las partículas con que las mismas golpean al recipiente causa por ende una disminución en la presión.

    Termómetro de gas a presión constante

    El termómetro de gas a presión constante, cambia su volumen para los cambios de temperatura. Lo que quiere decir que independientemente de la temperatura la presión se debe mantener constante, para convertir los cambios en el volumen en los cambios respectivos de temperatura.

    En la siguiente figura se muestra un termómetro de gas a volumen constante.

    Termómetro de gas
    Termómetro de gas a presión constante

    En la imagen anterior se pueden notar dos estados del recipiente, pero ambos son el mismo recipiente, la diferencia es que el primero está a una temperatura a volumen V1 y el segundo está a otra temperatura de volumen V2.

    Cada volumen está relacionado con una longitud específica, por ejemplo en la figura anterior el volumen V1 está relacionado con la longitud l1 y el volumen V2 está relacionado con la longitud l2.

    Lee también: Sensores de temperatura

    Según lo anterior se deja claro la variación de volumen del gas para variaciones de temperatura, la cual se traduce en las longitudes correspondientes del gas en el tubo de vidrio. La resta de ambas longitudes en ambos estados representa el cambio en la temperatura, siendo esta l2-l1, tal y como se muestra en la figura anterior.

    • Ley de Charles en un termómetro a presión constante

    La ley de charles se aplica a los termómetros de gas a presión constante, la cual se puede abordar según la siguiente ecuación.

    V1/T1 = V2/T2                       (1-1)

    Si se despeja de la ecuación al volumen V2 que es el volumen que se tiene cuando cambia la temperatura se tiene.

    V2 = (T2/T1)*V1                    (1-2)

    donde:

    V1 = Es el volumen inicial del gas a la temperatura inicial T1.

    V2 = Es el volumen final del gas a la temperatura final T2.

    El volumen final V2 es el resultado de variar la temperatura en el gas de volumen V1 de T1 a T2.

    Según la ecuación (1-2) cuando la temperatura T2 es distinta a la temperatura T1 se produce un cambio de volumen, que dependerá de los cambios de T1 a T2.

    • ¿Qué pasa cuando la temperatura de un gas a presión constante aumenta?

    Según la ecuación (1-2) cuando la temperatura aumenta se tiene que T2 > T1, por lo tanto, T2/T1 > 1, y el volumen final del gas V2 aumenta.

    • ¿Qué pasa cuando la temperatura de un gas a presión constante disminuye?

    Según la ecuación (1-2) cuando la temperatura disminuye se tiene que T2 < T1, por lo tanto, T2/T1 < 1, y el volumen final del gas V2 disminuye.

    Por lo tanto la resta de las longitudes l2-l1 que alcanza el volumen del gas desde una temperatura T1 hasta una temperatura T2, será positiva cuando hay un aumento de temperatura, y será negativa cuando hay una disminución en la temperatura.

    ¿Cuál es la aplicación de un termómetro de gas?

    A pesar de que los termómetros de gas pueden contar con un rango de temperaturas que va desde los -27 °C hasta los 1486 °C, y por tal motivo pudiesen ser usados para una gran variedad de aplicaciones, su uso principal radica en la calibración de otros termómetros, para que los mismos cumplan con las normas exigidas.

    Conclusión

    La temperatura se puede medir gracias a las reacciones de un gas adecuado a los cambios de temperatura, en donde puede cambiar su presión o volumen, para dichos cambios. Según la variable que se modifica presión o volumen en los termómetros de gas se tendrán termómetros de gas a volumen constante o termómetros de gas a presión constante.

    Los termómetros de gas a volumen constante cambian su presión para cambios en la temperatura y los termómetros de gas a presión constante cambian su volumen según cambios en la temperatura.

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