TERMOMETRIA. Para poder construir el termómetro se utiliza el Principio Cero de la Termodinámica:

Transcripción

1 TERMOMETRIA La termometría se encarga de la medición de la temperatura de cuerpos o sistemas. Para ello, se utiliza el termómetro, que es un instrumento que se basa en el cambio de alguna propiedad de la materia debido al efecto del calor. Así se tiene el termómetro de mercurio y de alcohol, que se basan en la dilatación, los termopares que deben su funcionamiento al cambio de la conductividad eléctrica, los ópticos que detectan la variación de la intensidad del rayo emitido cuando se refleja en un cuerpo caliente. Para poder construir el termómetro se utiliza el Principio Cero de la Termodinámica:

2 Aislante El equilibrio térmico se conoce como la Ley Cero de la termodinámica, que puede enunciarse de la siguiente forma: Cuando dos sistemas cualquiera A y B están por separado en equilibrio térmico con un tercero C, entonces ellos también están en equilibrio térmico entre sí A B A B T a T b T a T b Si A y B están en Equilibrio térmico con C T c C Entonces hay equilibrio térmico entre A y B T c C En la figura, la barra marrón es aislante y las barras amarillas son conductoras 2

3 TERMÓMETRO El termómetro de uso diario consiste de una columna de masa líquida (alcohol o mercurio) que se expande dentro de un tubo capilar de vidrio cuando es calentado Bulbo

4 Para medir la temperatura se utilizan las siguientes escalas: a)centígrados o Celsius : ºC b)fahrenheit : ºF c)kelvin : ºK (absoluto) Rankine : ºR (absoluto

5 TEMPERATURA Los procesos fisiológicos en los organismos vegetales, tales como; respiración, fotosíntesis, asimilación y transpiración, transcurren solamente a determinadas temperaturas; los valores óptimos y extremos (máxima y mínimas) de las temperaturas, son diferentes para las plantas de distintas especies e incluso para diversos periodos de su vida, por lo que la temperatura del aire tiene una gran importancia en la vida de las plantas.

6 Procesos físicos en los que se basa la medida de la temperatura. Dilatación de un líquido encerrado en un tubo de vidrio. Dilatación de un líquido dentro de una envoltura metálica y que provoca un aumento de presión. Desarrollo de una fuerza electromotriz entre las soldaduras de un circuito formado por dos metales diferentes (termómetro de termopar) Cambio de curvatura en una banda de metal compuesta por dos láminas metálicas que tienen coeficiente de dilatación diferentes y que están soldadas en toda su longitud (termómetro de lámina bimetálica). Variación de resistencia eléctrica de un hilo de platino. Variación de resistencia de una mezcla especial de sustancias químicas (termómetro de termistancias).

7 Unidades La temperatura termodinámica (Θ), con sus unidades Kelvin (K), es la temperatura básica. El Kelvin es la fracción 1/ de la temperatura termodinámica del punto triple del agua. La escala Celsius (t), definida se utiliza para la mayoría de los fines meteorológicos. Las escalas de temperaturas que comúnmente se utilizan son la Celcius, Fahrenheit y la Kelvin, algebraicamente expresadas en la siguiente forma; C F - 32 K-273 = =

8 En meteorología se mide la temperatura de: El aire cerca de la superficie, El suelo a distintas profundidades La superficie del mar y de los lagos, La atmósfera superior. Medida de la temperatura del suelo Las profundidades normalizadas para medir la temperatura del suelo son; 5, 10, 20, 50 y 100 cm de profundidad, se pueden agregar profundidades adicionales. Cuando el terreno esta cubierto regularmente con nieve es necesario medir la temperatura en la capa de nieve también. Se debe anotar el tipo de suelo, cubierta vegetal, dirección y pendiente general del terreno, además de las características físicas del suelo como densidad, conductividad térmica y contenido de humedad del suelo, estructura y nivel freático.

9 Termómetros para medir la temperatura del suelo Frecuentemente se utilizan termómetros de mercurio con varillas dobladas en ángulo recto o cualquier otro ángulo. El depósito de mercurio se introduce en el terreno hasta la profundidad deseada. En estos termómetros la temperatura se lee sin extraer el termómetro. Para profundidades mayores a 20 cm. se recomienda utilizar termómetros que están suspendidos dentro de un tubo de metal o plástico. En estos casos el termómetro es extraído del terreno para realizar la lectura, y debido una gran constante de tiempo los errores involucrados son mínimos. En lugares en donde es frecuente la presencia de nieve, el extremo exterior de los tubos deberán tomar en cuenta la altura que regularmente alcanza la nieve. Pueden utilizarse también instrumentos como los tele-termógrafos (mecánicos o eléctricos) en los cuales es posible registrar la temperatura del suelo a distancias de varios metros, con lo cual ya se hace necesario extraer los termómetros para hacer la lectura. Figura 8. Termómetro de suelo.

10 Lectura de los Termómetros La lectura de los termómetros deberá de hacerse en el menor tiempo posible, para evitar los cambios de temperatura debidos a la presencia del mismo observador. La altura del ojo del observador deberá estar en línea recta y frente al menisco o índice Termógrafo bimetálico. Termógrafos mecánicos En este instrumento el movimiento de una plumilla registradora está controlado por el cambio de la curvatura de una tira bimetálica, uno de cuyos extremos está firmemente unido a un brazo adjunto a la montura. El brazo debe tener un mecanismo de ajuste de tal modo que el instrumento pueda ser calibrado. El elemento bimetálico debe estar protegido contra la corrosión, lo cual puede hacerse con una capa de cobre, níquel o cromo, por galvanoplastia. La constante de respuesta de 25 segundos para una velocidad del viento de 5 m/s.

11 Termómetros eléctricos Su principal virtud es su capacidad de dar una señal de salida adecuada para ser utilizados en lecturas a distancia, registrar, almacenar o transmisión de datos de temperatura. Los sensores más utilizados son elementos de resistencia eléctrica, termistores y termopares. Termómetros de resistencia eléctrica. Para medir la temperatura se utiliza la medida de la resistencia eléctrica de un material cuya resistencia varía con la temperatura de una manera conocida. Para pequeños cambios de la temperatura, el cambio en la resistencia de los metales puros es proporcional a este cambio;

12 Requisitos de un termómetro de resistencia No debe cambiar sus propiedades físicas y químicas en el rango de la medida, La resistencia cambiara uniformemente al cambiar la temperatura, la humedad, corrosión física, no deberán alterar sensiblemente su resistencia Su resistividad no deberá cambiar con el tiempo (mínimo 2 años). Su resistividad y su coeficiente térmico de resistividad deberán ser los adecuadamente grandes para que sean eficaces en un circuito de medida Resistencias de termistores. Es un semiconductor que tiene un coeficiente de resistencia térmico relativamente grande, y puede ser positivo o negativo dependiendo del tipo de material. Se utilizan mezclas de óxidos metálicos conglomerados, en forma de discos, barras o esferas recubiertos de una capa de vidrio. La relación se expresa en la siguiente ecuación;

13 Termopares Las combinaciones Cobre-Constantan o hierro-constantan resultan adecuadas ya que la fuerza electromotriz producida por grado Celcius, es mayor que otros metales que se utilizan en la industria a temperaturas elevadas y V/ C respectivamente para un rango de temperatura de -40 C a 40 C. El voltaje es proporcional a la diferencia de temperatura entre los dos métales diferentes. Las juntas termoeléctricas pueden realizarse mediante soldadura ordinaria, soldadura con latón, y soldadura autógena por galvanoplastia.

14 En Meteorología agrícola tiene suma importancia el conocimiento de la temperatura del suelo y del subsuelo. También la tiene en meteorología teórica, puesto que casi todo el calor que el aire puede adquirir procede del suelo casi inmediatamente, aunque remotamente éste calor provenga del sol. La experiencia ha enseñado que la capa más superficial del suelo experimenta las mayores oscilaciones de temperatura, las cuales se propagan desde ella hacia arriba al aire, y hacia abajo, al subsuelo, amortiguándose rápidamente sobre todo cuando es en sentido descendente Para medir la pérdida de calor que experimenta el suelo, que en su mayor parte pasa al aire, se utiliza su temperatura mínima durante la madrugada, cuando no queda contrarrestada por la absorción de la radiación solar directa y difusa. Dicha temperatura mínima se mide instalando un termómetro ordinario de mínima en posición horizontal, suspendido por un ligero soporte y casi rozando el suelo, pero sin tocarlo. Normalmente se retira durante el día. El dato de este termómetro suele denominarse "termómetro de radiación nocturna".

15 La temperatura del subsuelo se mide a las profundidades de 50 y 100 cm con un termómetro especial acodado, de modo que su depósito de mercurio se encuentre dentro de la tierra y la escala de medición a la vista del observador. Por supuesto, debe protegerse de los rayos directos del sol y su lectura ha de hacerse sin mover el termómetro de su emplazamiento. Para profundidades mayores, se excava un estrecho pozo en el que se introduce un tubo de madera o hierro cerrado por su parte inferior. Dentro de este tubo va colgado un termómetro ordinario, encerrado en una vaina de vidrio rellena de parafina. El pozo se cierra mediante una especie de tapón y se saca con él el termómetro. La parafina, muy mala conductora del calor, evita que la temperatura del termómetro varíe durante el tiempo necesario para su lectura. Una vez realizada ésta se vuelve a colocar en su posición. Como las oscilaciones de temperatura en el subsuelo son siempre muy lentas, la parafina no impide que el termómetro se encuentre siempre prácticamente en equilibrio de temperatura con la capa del terreno a cuya profundidad de encuentra.

16 La tierra constituye una capa aislante. La temperatura de los suelos varía con su profundidad, contenido de humedad y temperatura ambiental. La temperatura del suelo varía menos que la temperatura del aire.

17 Balance térmico del suelo El balance térmico del suelo cambia constantemente aumentando o disminuyendo, y en síntesis es el siguiente: Ganancia: - Radiación Solar directa - Radiación solar difusa - Radiación reflejada por la atmósfera - Flujo de calor de las capas profundas del suelo - Calor latente de condensación (vapor de agua condensada) - Calor liberado por el envejecimiento de las substancias radiactivas Perdidas: - Reflexión de la Radiación Solar directa - Enfriamiento por Evaporación - Transporte de calor hacia fuera por turbulencia - Transporte de calor hacia capas más profundas - Emisión en forma de ondas largas Este balance varía continuamente. Por ejemplo: la radiación tanto directo como difusa y reflejada ocurre sólo de día. El flujo de calor puede ser positivo o negativo. La turbulencia y los movimientos convectivos son también de día, especialmente por la tarde. Las pérdidas por evaporación y las ganancias por condensación asociada a su calor latente.

18 El balance debe hacerse con gran prudencia. La temperatura en superficie está asociada evidentemente por la temperatura del aire inmediatamente encima, y en ambas se observan dos oscilaciones típicas. Una diurna con un máximo a media tarde y un mínimo antes de la salida del sol, y otra anual con un máximo en enero y un mínimo en julio. Naturalmente al amplitud de la oscilación es más aguda en climas continentales que en marítimos. La amplitud de radiación que llega al suelo está asociada íntimamente con un parámetro agrícola denominado índice área-hoja que da la relación entre el área total de hoja y la superficie de suelo. Parte de la radiación se emplea para calentar las plantas, procesos fisiológicos, transpiración y otros mecanísmos de menor escala, pero lo más importante es la cantidad de radiación absorbida por los vegetales, que es muy diferente a la incidente, ya que las hojas son transparentes hasta un 50% en las bandas roja e infrarroja y presenta notables alteraciones en la verde. La radiación difusa cubre superficies más extensas y es bastante penetrante. La radiación depende de la inclinación del terreno. Las laderas opuestas al sol en verano pueden tener una temperatura hasta de 10ºC más que las que están a la sombra con poca evaporación y viento en calma.

19 P R O F U N D I D A D 0 m 1 m 2 m T T 1 = T- T T 2 = T 1 - T 1 T 3 = T 2 - T 2

20 Oscilación diurna y anual de la temperatura dentro del suelo Tanto la oscilación diurna como la oscilación anual o cualquier o cualquier otra de las oscilaciones que pueden presentarse en la superficie del suelo, se propaga hacia abajo también en forma sinusoidal, aunque con cierto retraso que depende principalmente de la características del suelo y de la humedad que contenga. Por ejemplo, la oscilación diurna en un cierto suelo arenoso en un día de verano, llega hasta 1 metro de profundidad y más abajo es poco significante.

21 P R O F U N D I D A D (cm) º 16º 18º 20º 22º 24º 26º 14º 16º 18º 20º 22º 24º 26º TEMPERATURA DEL SUELO EN ºC Gradiente de temperatura en un suelo arenoso a distintas horas de un día de verano (según Mutterich)

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33 Lo que diferencia a estas cataratas de otras, y las hace tan originales, es que se pueden recorrer de noche gracias a unos focos potentísimos que las iluminan estratégicamente. Es uno de los paseos más increíbles que se pueden realizar, con la blancura del agua recortada contra la noche oscura. Y si hay luna llena, el show es estremecedor. No dejan siempre las luces encendidas, por lo cual se aconseja averiguar qué día se autorizan visitan nocturnas. Es tan fantástica la visión del agua cayendo a raudales de noche que yo misma me sorprendí al verlas... como si en el fondo viendo toda esa ciudad tan moderna alrededor hubiera imaginado que la Cataratas eran un efecto especial tipo Hollywood, que se apagaba de noche, cuando el público se retiraba. Pero el agua sigue cayendo a raudales, hasta durante la noche, horadando sin descanso su camino entre la roca

34 Espectáculo de luces de colores sobre las cataratas del Niágara congeladas

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36 El martes, con la llegada del frío extremo del vórtice polar, el segundo que este año atenaza Canadá, las temperaturas en la región de Niagara, la zona más sureña del país, se desplomaron a 20 C. Pero con vientos de hasta 11 kilómetros por hora, la sensación térmica era inferior a los - 30 C bajo cero, una temperatura en que la piel se congela en pocos minutos. A pesar de ello, las cataratas de Niágara, una de las mayores atracciones turísticas de Canadá, siguen captando la atención cada día decenas de turistas dispuestos a presenciar el famoso salto de agua como pocas personas lo han podido ver, con carámbanos, gigantescos bloques de hielo y las aguas del río Niágara convertidas en una espesa masa. Con sólo una pequeña porción de la cara expuesta a la intemperie, el canadiense Juan Carlos Duarte, un guía turístico de origen portugués, acompañaba el martes a un grupo de turistas para contemplar la vista desde la catarata de la Herradura, la más espectacular de Niágara.

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