La medición de temperatura (también conocida como termometría ) describe el proceso de medir una temperatura actual para su evaluación inmediata o posterior. Se pueden utilizar conjuntos de datos que consisten en mediciones estandarizadas repetidas para evaluar las tendencias de temperatura.
Los intentos de medir la temperatura estandarizada antes del siglo XVII fueron, en el mejor de los casos, burdos. Por ejemplo, en el año 170 d.C., el médico Claudio Galeno [1] : 18 mezcló porciones iguales de hielo y agua hirviendo para crear un estándar de temperatura "neutral". El campo científico moderno tiene sus orígenes en los trabajos de los científicos florentinos del siglo XVII, incluido Galileo, que construyó dispositivos capaces de medir el cambio relativo de temperatura, pero que también estaban sujetos a confusión con los cambios de presión atmosférica. Estos primeros dispositivos se denominaron termoscopios . El primer termómetro sellado fue construido en 1654 por el Gran Duque de Toscana, Fernando II . [1] : 19 El desarrollo de los termómetros y escalas de temperatura actuales comenzó a principios del siglo XVIII, cuando Gabriel Fahrenheit produjo un termómetro y una escala de mercurio , ambos desarrollados por Ole Christensen Rømer . La escala Fahrenheit todavía se utiliza, junto con las escalas Celsius y Kelvin .
Se han desarrollado muchos métodos para medir la temperatura. La mayoría de ellos se basan en la medición de alguna propiedad física de un material de trabajo que varía con la temperatura. Uno de los dispositivos más comunes para medir la temperatura es el termómetro de vidrio . Consiste en un tubo de vidrio lleno de mercurio o algún otro líquido, que actúa como fluido de trabajo. El aumento de temperatura hace que el fluido se expanda, por lo que la temperatura se puede determinar midiendo el volumen del fluido. Estos termómetros suelen estar calibrados de modo que se pueda leer la temperatura simplemente observando el nivel del líquido en el termómetro. Otro tipo de termómetro que no se utiliza mucho en la práctica, pero que es importante desde el punto de vista teórico, es el termómetro de gas .
Otros dispositivos importantes para medir la temperatura incluyen:
Se debe tener cuidado al medir la temperatura para garantizar que el instrumento de medición (termómetro, termopar, etc.) tenga realmente la misma temperatura que el material que se está midiendo. En algunas condiciones, el calor del instrumento de medición puede provocar un gradiente de temperatura, por lo que la temperatura medida es diferente de la temperatura real del sistema. En tal caso, la temperatura medida variará no sólo con la temperatura del sistema, sino también con las propiedades de transferencia de calor del sistema.
El confort térmico que experimentan los seres humanos, los animales y las plantas está relacionado con algo más que la temperatura indicada en un termómetro de cristal. Los niveles de humedad relativa en el aire ambiente pueden inducir más o menos enfriamiento por evaporación. La medición de la temperatura del bulbo húmedo normaliza este efecto de la humedad. La temperatura radiante media también puede afectar el confort térmico. El factor de sensación térmica hace que el clima se sienta más frío en condiciones de viento que en condiciones de calma, aunque un termómetro de vidrio muestre la misma temperatura. El flujo de aire aumenta la tasa de transferencia de calor desde o hacia el cuerpo, lo que resulta en un cambio mayor en la temperatura corporal para la misma temperatura ambiente.
La base teórica de los termómetros es la ley cero de la termodinámica , que postula que si tienes tres cuerpos, A, B y C, si A y B están a la misma temperatura, y B y C están a la misma temperatura, entonces A y C están a la misma temperatura. B, por supuesto, es el termómetro.
La base práctica de la termometría es la existencia de celdas de punto triple . Los puntos triples son condiciones de presión, volumen y temperatura tales que tres fases están presentes simultáneamente, por ejemplo sólido, vapor y líquido. Para un solo componente no hay grados de libertad en un punto triple y cualquier cambio en las tres variables da como resultado que una o más de las fases desaparezcan de la celda. Por lo tanto, las celdas de punto triple se pueden utilizar como referencias universales para temperatura y presión (ver regla de fase de Gibbs ).
En algunas condiciones, es posible medir la temperatura mediante el uso directo de la ley de radiación del cuerpo negro de Planck . Por ejemplo, la temperatura del fondo cósmico de microondas se ha medido a partir del espectro de fotones observados mediante observaciones satelitales como el WMAP . En el estudio del plasma de quarks y gluones mediante colisiones de iones pesados , los espectros de partículas individuales sirven a veces como termómetro.
Durante las últimas décadas se han desarrollado muchas técnicas termométricas. Las técnicas termométricas no invasivas más prometedoras y extendidas en el contexto biotecnológico se basan en el análisis de imágenes de resonancia magnética, tomografía computarizada y ecotomografía. Estas técnicas permiten controlar la temperatura dentro de los tejidos sin introducir un elemento sensor. [2] En el campo de los flujos reactivos (por ejemplo, combustión, plasmas), la fluorescencia inducida por láser (LIF), los CARS y la espectroscopia de absorción láser se han aprovechado para medir la temperatura dentro de motores, turbinas de gas, tubos de choque y reactores de síntesis [ 3] etc. La capacidad de tales técnicas basadas en ópticas incluye mediciones rápidas (hasta escalas de tiempo de nanosegundos), independientemente de la capacidad de no perturbar al sujeto de medición (por ejemplo, la llama, gases calentados por choque).
La temperatura atmosférica es una medida de la temperatura en diferentes niveles de la atmósfera terrestre . Se rige por muchos factores, incluida la radiación solar entrante , la humedad y la altitud . La abreviatura MAAT se utiliza a menudo para referirse a la temperatura media anual del aire de una ubicación geográfica.
La Sociedad Estadounidense de Ingenieros Mecánicos (ASME) ha desarrollado dos estándares separados y distintos sobre medición de temperatura, B40.200 y PTC 19.3. B40.200 proporciona pautas para termómetros de líquido en vidrio, de sistema lleno y accionados bimetálicamente. También proporciona pautas para termopozos . PTC 19.3 proporciona directrices para la medición de temperatura relacionada con los códigos de prueba de rendimiento, con especial énfasis en las fuentes básicas de errores de medición y las técnicas para afrontarlos.
Las mediciones de temperatura por satélite son inferencias de la temperatura de la atmósfera a diversas altitudes, así como de las temperaturas de la superficie del mar y la tierra, obtenidas a partir de mediciones radiométricas realizadas por satélites . Estas mediciones se pueden utilizar para localizar frentes climáticos , monitorear El Niño-Oscilación del Sur , determinar la fuerza de los ciclones tropicales , estudiar islas de calor urbanas y monitorear el clima global. También se pueden encontrar incendios forestales , volcanes y puntos calientes industriales mediante imágenes térmicas de satélites meteorológicos.
Los satélites meteorológicos no miden la temperatura directamente. Miden radiancias en varias bandas de longitud de onda . Desde 1978, las unidades de sondeo de microondas (MSU) de los satélites en órbita polar de la Administración Nacional Oceánica y Atmosférica han medido la intensidad de la radiación de microondas ascendente procedente del oxígeno atmosférico , que está relacionada con la temperatura de amplias capas verticales de la atmósfera. Desde 1967 se realizan mediciones de la radiación infrarroja correspondiente a la temperatura de la superficie del mar.
Los conjuntos de datos satelitales muestran que durante las últimas cuatro décadas la troposfera se ha calentado y la estratosfera se ha enfriado. Ambas tendencias son consistentes con la influencia de las crecientes concentraciones atmosféricas de gases de efecto invernadero .
[Nosotros] exploramos las técnicas de monitoreo de temperatura más comunes e introducimos procedimientos para mejorar su precisión.