La Escala Internacional de Temperatura de 1990 ( ITS-90 ) es un estándar de calibración de equipos especificado por el Comité Internacional de Pesas y Medidas (CIPM) para realizar mediciones en las escalas de temperatura Kelvin y Celsius . Es una aproximación de la temperatura termodinámica que facilita la comparabilidad y compatibilidad de las mediciones de temperatura a nivel internacional. Define catorce puntos de calibración que van desde0,65 K a1 357,77 K (−272,50 °C a1 084 .62 °C ) y se subdivide en múltiples rangos de temperatura que en algunos casos se superponen. La ITS-90 es la más reciente de una serie de escalas internacionales de temperatura adoptadas por el CIPM desde 1927. [1] Adoptada en la Conferencia General de Pesas y Medidas de 1989, reemplaza a la Escala Práctica Internacional de Temperatura de 1968 (edición enmendada de 1975) y a la "Escala de Temperatura Provisional de 0,5 K a 30 K" de 1976. El CCT también ha publicado varias guías en línea para ayudar a la realización de la ITS-90. La temperatura más baja cubierta por la ITS-90 es 0,65 K. En 2000, la escala de temperatura se amplió aún más, a 0,9 mK, mediante la adopción de una escala complementaria, conocida como la Escala Provisional de Baja Temperatura de 2000 (PLTS-2000). [2]
En 2019 se redefinió el kelvin . Sin embargo, la alteración fue muy leve en comparación con las incertidumbres de la escala ITS-90, por lo que la escala ITS-90 sigue siendo la escala de temperatura práctica recomendada sin cambios significativos. Se prevé que la redefinición, combinada con mejoras en los métodos de termometría primaria, permitirá eliminar gradualmente la dependencia de la escala ITS-90 y la PLTS-2000 en el futuro. [3]
El ITS-90 está diseñado para representar la escala de temperatura termodinámica (absoluta) (haciendo referencia al cero absoluto ) lo más fielmente posible en todo su rango. Se requieren muchos diseños de termómetros diferentes para cubrir todo el rango. Estos incluyen termómetros de presión de vapor de helio, termómetros de gas helio, termómetros de resistencia de platino estándar (conocidos como SPRT) y termómetros de radiación monocromáticos .
Aunque las escalas de temperatura Kelvin y Celsius se definieron (hasta 2019) utilizando el punto triple del agua (273,16 K o0,01 °C ), no resulta práctico utilizar esta definición a temperaturas muy diferentes del punto triple del agua. Por consiguiente, ITS-90 utiliza numerosos puntos definidos, todos ellos basados en varios estados de equilibrio termodinámico de catorce elementos químicos puros y un compuesto (agua). La mayoría de los puntos definidos se basan en una transición de fase ; específicamente, el punto de fusión / congelación de un elemento químico puro. Sin embargo, los puntos criogénicos más profundos se basan exclusivamente en la relación presión de vapor /temperatura del helio y sus isótopos, mientras que el resto de sus puntos fríos (aquellos inferiores a la temperatura ambiente) se basan en puntos triples . Ejemplos de otros puntos de definición son el punto triple del equilibrio del hidrógeno (13,8033 K o−259,3467 °C ) y el punto de congelación del aluminio (933.473 K o660,323 °C ).
Los puntos fijos definitorios del ITS-90 se refieren a muestras químicas puras con composiciones isotópicas específicas. [4] Como consecuencia de esto, el ITS-90 contiene varias ecuaciones [5] [6] [7] para corregir las variaciones de temperatura debido a las impurezas y la composición isotópica.
Los termómetros calibrados mediante el ITS-90 utilizan fórmulas matemáticas complejas para interpolar entre sus puntos definidos. [8] El ITS-90 especifica un control riguroso sobre las variables para garantizar la reproducibilidad de un laboratorio a otro. Por ejemplo, se compensa el pequeño efecto que tiene la presión atmosférica sobre los diversos puntos de fusión (un efecto que normalmente no supera la mitad de un milikelvin en las diferentes altitudes y presiones barométricas que probablemente se encuentren). La norma también compensa el efecto de la presión debido a la profundidad con la que se sumerge la sonda de temperatura en la muestra. El ITS-90 también establece una distinción entre puntos de "congelación" y "fusión". La distinción depende de si el calor entra ( fusión) o sale (congelación) de la muestra cuando se realiza la medición. Solo el galio se mide en sus puntos de fusión; todos los demás metales con puntos fijos definidos en el ITS-90 se miden en sus puntos de congelación.
Un efecto práctico del ITS-90 es que los puntos triples y los puntos de congelación/fusión de sus trece elementos químicos se conocen con precisión para todas las mediciones de temperatura calibradas según el ITS-90, ya que estos trece valores son fijos por definición.
A menudo hay pequeñas diferencias entre las mediciones calibradas según ITS-90 y la temperatura termodinámica . Por ejemplo, las mediciones precisas muestran que el punto de ebullición del agua VSMOW bajo una atmósfera estándar de presión es en realidad 373,1339 K (99,9839 °C) cuando se adhiere estrictamente a la definición de dos puntos de la temperatura termodinámica. Cuando se calibra según ITS-90, donde se debe interpolar entre los puntos de definición del galio y el indio, el punto de ebullición del agua VSMOW es aproximadamente 10 mK menor, aproximadamente 99,974 °C. La virtud de ITS-90 es que otro laboratorio en otra parte del mundo medirá la misma temperatura con facilidad debido a las ventajas de un estándar de calibración internacional integral que presenta muchos puntos de definición reproducibles y convenientemente espaciados que abarcan una amplia gama de temperaturas.
Aunque la "Escala Internacional de Temperatura de 1990" tiene la palabra "escala" en su título, se trata de un nombre inapropiado que puede resultar engañoso. La ITS-90 no es una escala; es un estándar de calibración de equipos . Las temperaturas medidas con equipos calibrados según la ITS-90 pueden expresarse utilizando cualquier escala de temperatura, como Celsius, Kelvin, Fahrenheit o Rankine. Por ejemplo, una temperatura puede medirse utilizando equipos calibrados según el estándar ITS-90 basado en Kelvin, y ese valor puede convertirse y expresarse como un valor en la escala Fahrenheit (por ejemplo, 211,953 °F).
El ITS-90 no aborda los equipos y procedimientos altamente especializados que se utilizan para medir temperaturas extremadamente cercanas al cero absoluto. Por ejemplo, para medir temperaturas en el rango nanokelvin (milmillonésimas de kelvin), los científicos que utilizan equipos de láser de red óptica para enfriar adiabáticamente los átomos, apagan los láseres de atrapamiento y simplemente miden cuánto se desplazan los átomos con el tiempo para medir su temperatura. Un átomo de cesio con una velocidad de 7 mm/s equivale a una temperatura de aproximadamente 700 nK (que fue una temperatura fría récord alcanzada por el NIST en 1994).
En 2010 se publicaron estimaciones de las diferencias entre la temperatura termodinámica y la ITS-90 ( T − T 90 ). Se había hecho evidente que la ITS-90 se desviaba considerablemente de la PLTS-2000 en el rango superpuesto de 0,65 K a 2 K. Para abordar esto, se adoptó una nueva escala de presión de vapor de 3 He, conocida comoPTB-2006 . Para temperaturas más altas, los valores esperados para T − T 90 son inferiores a 0,1 mK para temperaturas de 4,2 K – 8 K, hasta 8 mK a temperaturas cercanas a 130 K, hasta 0,1 mK [3] en el punto triple del agua (273,1600 K), pero vuelven a aumentar a 10 mK a temperaturas cercanas a 430 K, y alcanzan 46 mK a temperaturas cercanas a 1150 K. [9]
En la siguiente tabla se enumeran los puntos fijos que definen el ITS-90.