f_t_septima_edicion

336 Capítulo 16 Temperatura y dilatación
h
r
R
Bulbo
Bulbo
t¡
F ig u ra 16.6 Termómetro a volumen
constante.
B
F ig u ra 16.7 Termómetro a presión
constante.
de mercurio en el tubo cerrado. La calibración consiste en marcar el nivel del mercurio en el
punto de congelación y hacer otra marca de su nivel en el punto de vapor.
Los termómetros de gas son útiles gracias a que sus límites prácticamente no existen.
Por ello, aunado a su precisión, se usan de manera generalizada en laboratorios y en oficinas
de normas. Sin embargo, son grandes y estorbosos, lo que los hace inadecuados para gran
número de mediciones técnicas delicadas.
La escala de temperatura absoluta
Tal vez se le ha ocurrido que las escalas Celsius y Fahrenheit tienen una seria limitación. Ni
0°C ni 0°F representan realmente una temperatura de 0. En consecuencia, para temperaturas
mucho más bajas que el punto de congelación resulta una temperatura negativa. Más grave
aún es el hecho de que una fórmula que incluya la temperatura como variable no funcione con
las escalas existentes. Por ejemplo, ya hemos estudiado la dilatación de un gas al aumentar su
temperatura. Podemos establecer esta proporcionalidad como
V=kt
donde k es la constante de proporcionalidad y t es la temperatura. Ciertamente, el volumen de
un gas no es cero a 0°C o negativo a temperaturas negativas, conclusiones que pueden deducirse
de las relaciones anteriores.
Este ejemplo proporciona una clave para establecer una escala absoluta. Si podemos determinar
la temperatura a la que el volumen de un gas bajo presión constante se vuelve cero,
podemos determinar el verdadero cero de temperatura. Suponga que usamos un termómetro
de gas a presión constante, como el de la figura 16.7. El volumen del gas en el bulbo se puede
medir cuidadosamente, primero en el punto de congelación y luego en el punto de ebullición.
Estos dos puntos pueden marcarse en una gráfica, como en la figura 16.8, con el volumen en
la ordenada y la temperatura en la abscisa. Los puntos A y B corresponden al volumen del gas
a las temperaturas de 0 y 100°C, respectivamente. Una línea recta que una estos dos puntos y
se extienda a izquierda y derecha proporciona una descripción matemática del cambio de volumen
en función de la temperatura. Observe que la recta puede prolongarse indefinidamente
a la derecha, lo que indica que no hay límite superior para la temperatura. Sin embargo, no
podemos extender la recta indefinidamente a la izquierda, porque finalmente intersecará el eje
de la temperatura. En este punto teórico, el gas tendría un volumen de cero. Extender la recta
aún más indicaría un volumen negativo, lo cual no tiene sentido. Por tanto, el punto en el que
la recta corta el eje de la temperatura se llama el cero absoluto de temperatura. (En realidad,
cualquier gas real se licúa antes de alcanzar ese punto.)
Si el experimento anterior se realiza con diferentes gases, la pendiente de las curvas
variará ligeramente, pero la intersección en el eje de la temperatura siempre será el mismo,
próximo a —273°C. Por medio de procedimientos teóricos y experimentales muy ingeniosos
se ha establecido que el cero absoluto de temperatura es —273.15°C. En este texto supondré -