17 de març de 2013

Prenem-li la temperatura al termòmetre

El termòmetre és l’aparell que utilitzem per a mesurar la temperatura. Els termòmetres clàssics es basen en la propietat que tenen les substàncies de dilatar-se amb la calor. Si triem una substància que, entre altres factors, es dilati d'una forma prou regular podrem mesurar temperatures a partir de les seves variacions de longitud producte de la dilatació.


A principis del segle XVIII, el físic alemany Daniel Gabriel Fahrenheit (1686 – 1736) va fabricar el primer termòmetre de mercuri. El mercuri té l’avantatge que es manté líquid entre -38.9º C i  356.7º C.

El problema més curiós que tenim amb els termòmetres és que es graduen amb escales diferents segons el país o l’àmbit en què s’utilitzen.

Vols saber com graduar un termòmetre?

Graduar un termòmetre

Un termòmetre, bàsicament, consta d'un petit depòsit de mercuri en la seva base, del que surt un capil·lar (un tub estret com un cabell) pel que, segons les variacions de temperatura, ascendeix o descendeix la columna del mercuri del depòsit. Una vegada construït aquest dispositiu només cal graduar-lo.

En la majoria d'escales termomètriques s'ha utilitzat la següent propietat: quan una substància arriba al punt de fusió-congelació o al d'ebullició-liquació la seva temperatura no varia mentre s’està realitzant el canvi d'estat.


La majoria de físics van triar com a “senyals principals” el punt de fusió i el punt d'ebullició de l’aigua. Només cal marcar l’altura de la columna de mercuri en aquests dos moments: quan el gel es converteix en aigua i quan, si continuem escalfant, l’aigua es converteix en gas.


 
Malgrat aquest acord inicial, cada científic va numerar de manera diferent aquests dos punts i, per a acabar-ho de complicar, el tram comprés entre els dos punts també el va dividir de maneres diverses, amb la qual cosa es van obtenir diferents escales.

Veiem les escales principals?

Escala Creador On? T fusió T ebullició Divisions entre les dues marques
Farenheit
(º F)
Daniel Gabriel Fahrenheit
(1686 – 1736)
Països anglosaxons i al Japó 32º F 212º F 180
Celsius
( ºC)
o centígrada
Anders Celsius
(1701 - 1744)

A la majoria de països del món (inclòs el nostre) 0º C 100º C 100
Kelvin
(º K)
William Kelvin
(1827 - 1907)

Àmbit científic 273º K 373º K 100
Réaumur
(º R)
René de Reaumur
(1683–1757)

Països escandinaus 0º R 80º R 80
Rankine
(º Rk)
Willian Rankine
(1820–1872)

Àmbit científic
(adapta l’escala Kelvin a la Fahrenheit)
492º Rk 672º Rk 180

Convertim temperatures?

Passar d'una escala a una altra (el que anomenem conversió de temperatures) es redueix a aplicar unes quantes fórmules. De les cinc escales, les més usades són la Celsius o centígrada, la Fahrenheit i la Kelvin.


Podem realitzar algunes conversions de temperatures utilitzant calculadores especials com aquesta.

Temperatura?
De:
A:

Però... com funciona aquest convertidor? Només té unes fórmules amagades per passar d'una escala a l'altra. A aquesta feina et convidem: tenint en compte les equivalència dels punts de fusió o ebullició i la quantitat de divisions entre marques pots crear totes les fórmules i posar-les en una taula com la següent.

T d'arribada
Escales ºC ºF ºK ºR ºRk
T
de
sortida
ºC
ºF
ºK
ºR
ºRk

Investiguem una mica?

I, si voleu saber més sobre aquest us proposem unes quantes tasques i indagacions al voltant de les escales, el termòmetres i la temperatura.
  • Fer algun full de càlcul amb EXCEL per realitzar conversions entre escales
  • Fer un gràfic amb GeoGebra que representi les relacions entre les escales. La següent és una d'exemple que relacions l'escala Celsius amb la Fahrenheit.
  • Esbrinar algunes coses més sobre els científics comentats (Celsius, Fahrenheit, Kelvin...). Sobretot intenta esbrinar en què van centrar les seves investigacions.
  • Esbrinar quins significat físic tenen el -273º de l'escala Kelvin.
  • Saps que Celsius no va graduar el termòmetre exactament com ho fem ara? Qui ho va canviar i com?
  • Una temperatura de referència dels graus Farenheit són 96º. Intentar esbrinar a què es correspon i pensar quina relació aritmètica té el 96 amb el 180.
  • Una de les novel·les més famoses de ciència-ficció es titula “Fahrenheit 451”. La va escriure Ray Bradbury. Existeix també una pel·lícula dirigida pel francès François Truffaut. En ella se'ns explica un món futur en què els bombers, en comptes d'apagar focs, es dediquen a cremar llibres, ja que la lectura està prohibida. Intentar esbrinar a què correspon la temperatura del títol.
Veure el film
  • A l’any 2006 es van prohibir els termòmetres de mercuri. Intenta esbrinar per què i com ens hem de desfer d'un si encara el tenim a casa.
  • Podem fer una cerca sobre diferents tipus de termòmetres.
  • A la informació meteorològica es parla sovint també de la “temperatura de sensació” en la que influeixen altres factors com el vent i la humitat. Intentar esbrinar algunes coses sobre què significa i com es calcula.

Cap comentari:

Publica un comentari