Termómetros y la escala Celsius

¿Por qué la escala Celsius no es útil para realizar mediciones de temperatura extremadamente precisas?

Lo sabemos d L / L = α d T . Configurando d T a 1 ° C podemos encontrar cuánto mercurio o alcohol aumentan de altura cuando la temperatura aumenta en 1 ° C, y el termómetro se puede calibrar en consecuencia.

Pero Halliday y Resnick dicen que encontramos un valor de temperatura ligeramente diferente. Las discrepancias son especialmente grandes cuando las temperaturas medidas están lejos de los puntos de calibración.

¿El error anterior se debe a la incertidumbre en el valor alfa?

Explíqueme el significado de la oración anterior con respecto a la escala Celsius y qué quiere decir con puntos de calibración.

Esta pregunta necesita un poco más de contexto para ser respondida. ¿Cuál es la situación que se describe, qué libro o artículo afirma que Celcius no es exacto y en qué contexto? Y Celsius es exactamente lo mismo que Kelvin, pero con una compensación constante. Uno no es más preciso que el otro.
Halliday y Resnick lo reclaman
La situación que se describe es la temperatura medida por mercurio y alcohol en la que uno mide 50 ° C y el otro mide una temperatura ligeramente diferente y no entiendo la causa de este cambio de temperatura.
¿Espero que esté claro ahora?
sí, mi pregunta ¿por qué hay un valor ligeramente diferente debido a la incertidumbre en el valor alfa?
sí @PM 2Ring tienes razón, corregí mi pregunta
Creo que está comparando la situación de dos termómetros (1 de alcohol, 1 de mercurio), calibrándolos en grados centígrados y luego diciendo que con grandes cambios de temperatura, habrá discrepancia entre los dos termómetros. Sin embargo, este sería el caso sin importar a qué escala estén calibrados, y depende de las propiedades del alcohol y el mercurio bajo el cambio de temperatura, no de la escala Celsius en sí.
Parece que esto solo tiene sentido si asume que la escala del termómetro es una interpolación lineal simple entre los puntos finales. Eso no es necesariamente cierto. Ciertamente hicimos (muy levemente) escalas no lineales para muchos otros tipos de sensores de temperatura.

Respuestas (2)

No hay nada malo con la escala Celsius. Es equivalente a la escala Kelvin, pero con un punto cero diferente. Es decir, un cambio de temperatura de 1 grado Celsius es exactamente igual a un cambio de 1 Kelvin. La escala Kelvin es absoluta, por lo que su punto cero es el cero absoluto . La escala Celsius utiliza un punto muy cercano al punto de congelación del agua pura para su punto cero, 0°C = 273,15 Kelvin. (La definición exacta de Celsius implica el punto triple del agua , que se encuentra en 273,16 Kelvin).

El problema discutido en Halliday y Resnick es que cualquier termómetro basado en la expansión térmica no es perfecto. La ecuación de expansión lineal,

d L / L = α d T

es solo aproximada. Un buen termómetro utiliza una sustancia como el mercurio o el alcohol con un α que es bastante constante en un rango de temperatura particular. Si haces una gráfica de α para el mercurio y el alcohol en un rango dado de temperaturas, los gráficos serán casi líneas rectas, pero no son exactamente rectas y se desvían entre sí.

Así que el problema no es que sea difícil de medir α precisamente, es eso α en realidad no es perfectamente constante.

Para hacer un termómetro simple, debe elegir un valor de α midiendo la pendiente de su gráfico sobre alguna región de temperatura. Los puntos en ese gráfico donde la pendiente del gráfico es igual a nuestro elegido α son los puntos de calibración mencionados por Halliday y Resnick .

También debe tener en cuenta la expansión del vidrio que contiene el fluido de trabajo del termómetro, pero eso solo introduce un pequeño error, porque el coeficiente de expansión de un sólido suele ser mucho menor que el de un líquido.

Una nota adicional rápida: la diferencia entre los termómetros de alcohol y mercurio es históricamente bastante relevante en el desarrollo de las escalas de temperatura en los siglos XVII y XVIII. Antes de que se desarrollara la teoría cinética de los gases, no había un concepto claro de qué es realmente la temperatura, por lo que lo mejor que podía hacer la gente era definirla por la expansión de un material, y hubo mucha discusión sobre si debería ser alcohol o mercurio (ambos tienen sus propias ventajas desde un punto de vista práctico).

La respuesta de @PM2Ring es buena, pero quiero agregar una nota histórica que podría arrojar luz sobre lo que podría estar detrás de esa cita.

Si bien la escala Celsius actual está vinculada a la escala Kelvin (que se basa en la termodinámica), tal como explica @PM2Ring, históricamente eso era diferente y se definía por la expansión del mercurio.

Entonces, posiblemente, lo que significa su cita no es la definición actual sino la definición original de Anders Celsius (modificada por Linnaeus).

Celsius definió la escala en 1742, cuando aún no se había desarrollado la teoría termodinámica de la temperatura. La gente en ese momento estaba tratando de definir la temperatura de alguna manera significativa y lo mejor que se les ocurrió fue definirla por la expansión de los materiales.

Celsius originalmente solo definía dos puntos fijos (congelación y ebullición del agua) y la escala intermedia al dividir el brazo del termómetro de mercurio en 100 pasos de igual longitud (utilizó la palabra "graduador" como la forma plural sueca del latín gradus = paso).

En su definición, el punto de congelación del agua sería 100 grader y el punto de ebullición 0 grader. Tenga en cuenta que esto es al revés de la definición de hoy; esto nos parece poco intuitivo hoy en día, pero, nuevamente, en ese momento, sin la termodinámica no había razón para creer que "frío" significa "menos" de algo (energía), por lo que tenía tanto sentido como cualquier otra escala.

Jean-Pierre Christin en 1743 (y, posiblemente de forma independiente, Carolus Linnaeus en 1744) invirtió la escala a nuestro familiar 0° = punto de congelación y 100° = punto de ebullición, y durante mucho tiempo esta escala se denominó "centígrados" (" cien pasos"); el nombre escala Celsius vino mucho más tarde.

En ese momento hubo mucho debate sobre si es mejor el mercurio o el alcohol; ambos tienen ventajas prácticas. La gente se dio cuenta de que su expansión es diferente, por lo que los termómetros de mercurio y alcohol con escalas lineales no coinciden, pero no había forma de saber cuál era "correcto". Entonces, había muchas escalas diferentes basadas en diferentes termómetros con diferentes gradaciones, como Fahrenheit, Delisle, Reaumur y otros. Hoy en día, estas escalas ya no se usan o solo en algunas situaciones marginales (Reaumur todavía se usa en la producción de queso y Fahrenheit solo en algunos países como las Islas Caimán, las Bahamas y algunas masas de tierra al noroeste de estas islas). Hoy en día, estas escalas también, como la escala Celsius, se han vinculado a la escala termodinámica Kelvin, pero originalmente todas estaban definidas por diferentes termómetros.

Pensé que fue Jean-Pierre Christin quien invirtió la escala original de Anders Celsius de 100 para el agua congelada y 0 para el agua hirviendo.
@Henry Ah, creo que tienes razón. Aunque parece que tanto Christin (1743) como Linnaeus (1744) la invirtieron, posiblemente de forma independiente. Christin tiene prioridad pero me acordé de Linnaeus porque es más famoso. Lo corregiré.
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