El
termómetro de gas ideal Entre todos los posibles termómetros hay uno que tiene características especiales. Se trata del termómetro de gas. Se encuentra experimentalmente que todos los gases, a baja presión y lejos de la región de la línea de condensación, se comportan de la misma manera en lo que se refiere al efecto de la
temperatura (siempre y cuando no tengan lugar reacciones químicas). Si se usa como propiedad termométrica el producto pV de la presión por el volumen de una
masa fija de gas, se encuentra que cuando se usan diferentes gases aparecen solamente diferencias muy pequeñas entre las temperaturas indicadas (en la práctica no se suele usar el producto pV: o se mantiene
constante V y se usa p como propiedad termométrica, o viceversa). Por ejemplo, un termómetro de hidrógeno y uno de nitrógeno a (aproximadamente) 1atm de presión, calibrados de la manera antes relatada, concuerdan entre sí dentro de un margen de 0,02 °C en todo el intervalo de 0 a 100 ˚C. Esto es ciertamente útil del
punto de vista práctico, pero la verdadera importancia del termómetro de gas se debe a que se puede demostrar que las mediciones que con él se efectúan, cuando se las extrapola al límite de muy bajas presiones, dan una realización experimental de la temperatura termodinámica absoluta definida en base a la Segunda Ley. La escala de temperatura de un gas ideal se puede definir por el límite (p-->0)del cociente (pV)/(pV)r =T/Tr , donde (pV) y (pV)r se refieren a la misma masa de gas a dos diferentes temperaturas, T y
tr , una de las cuales ha sido elegida arbitrariamente como punto fijo o punto de referencia. El primer miembro de la ecuación contiene variables que se pueden medir directamente y da un cociente numérico bien definido. Por lo tanto, si asignamos un número a qr, queda determinado el
valor de la temperatura T. Luego todas las temperaturas de la escala quedan determinadas asignando un único número. Es conveniente desarrollar algo más las consecuencias de la ecuación anterior y obtener una ecuación de estado para un gas ideal. Se encuentra experimentalmente que, a temperatura constante, el producto ( pV) es (en el límite p-->0) proporcional a la masa m del gas. Podemos entonces definir una constante K como: K= límite (p-->0) (pV)r /mTr , y en dicho límite podemos escribir : pV= mT. Aquí, si expresamos m en unidades de masa (por ej. gramos), K tiene un valor diferente para cada gas. Podemos conseguir que la constante que figura en la la ecuación anterior sea la misma para todos los gases (esto es, sea una constante universal) definiendo una nueva unidad de masa llamada el mol. Por definición, 1 mol de un gas es aquella masa del gas que tiene el mismo valor de (pV) que el que tienen 32000 g de oxígeno ordinario, a la misma temperatura y para p-->0. La ecuación de estado de un gas ideal se puede entonces escribir finalmente en la forma conocida pVnR = T , donde n es el número de moles del gas y R es la constante universal de los gases. Obsérvese que el valor de R depende de las unidades usadas para p y V, y del particular valor que se asignó a Tr. Es usual elegir Tr = 273, 16 K (grados Kelvin, o absolutos) como la temperatura a la cual el hielo, el agua líquida y el vapor de agua están en equilibrio entre sí (el punto triple del agua, que por definición corresponde a 0,01˚C).
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