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Instrumentos básicos de medición (página 3)



Partes: 1, 2, 3

PIRÓMETRO

Los pirómetros se utilizan para medir temperaturas
elevadas. El pirómetro óptico se emplea para medir
temperaturas de objetos sólidos que superan los
700 ºC, cuando la mayoría de los restantes
termómetros se fundiría. A esas temperaturas los
objetos sólidos irradian suficiente energía en la
zona visible para permitir la medición óptica
a partir del llamado fenómeno del color de
incandescencia. El color con el que brilla un objeto caliente
varía con la temperatura
desde el rojo oscuro al amarillo y llega casi al blanco a unos
1.300 ºC. El pirómetro contiene un filamento
similar a un foco o bombilla. El filamento está controlado
por un reóstato calibrado de forma que los colores con los
que brilla corresponden a temperaturas determinadas. La
temperatura de un objeto incandescente se puede medir observando
el objeto a través del pirómetro y ajustando el
reóstato hasta que el filamento presente el mismo color
que la imagen del objeto
y se confunda con ésta. En ese momento, la temperatura del
filamento (que se puede leer en el reóstato calibrado) es
igual a la del objeto.

TERMÓMETRO DE LÁMINA
BIMETÁLICA

Otro sistema para
medir temperaturas, empleado sobre todo en termostatos, se basa
en la expansión térmica diferencial: Formado por
dos láminas de metales de
coeficientes de dilatación muy distintos y arrollados
dejando el coeficiente más alto en el interior. Se utiliza
sobre todo como censor de temperatura en el
termohigrógrafo.

Termómetros
especiales

Los termómetros también se pueden
diseñar para registrar las temperaturas máximas o
mínimas alcanzadas. Por ejemplo, un termómetro clínico de mercurio es un
instrumento de medida de máxima, en el que un dispositivo
entre la ampolla y el capilar de vidrio permite
que el mercurio se expanda al subir la temperatura pero impide
que refluya a no ser que se agite con fuerza. Las
temperaturas máximas alcanzadas durante el funcionamiento
de herramientas y
máquinas también se pueden estimar
mediante pinturas especiales que cambian de color cuando se
alcanza una temperatura determinada.

  • El termómetro de
    globo, para medir la
    temperatura radiante. Consiste en un termómetro de
    mercurio que tiene el bulbo dentro de una esfera de metal
    hueca, pintada de negro de humo. La esfera absorbe radiación de los objetos del entorno
    más calientes que el aire y emite
    radiación hacia los más fríos, dando como
    resultado una medición que tiene en cuenta la
    radiación. Se utiliza para comprobar las condiciones de
    comodidad de las personas.
  • El
    termómetro de bulbo húmedo, para medir el
    influjo de la humedad en la sensación térmica.
    Junto con un termómetro ordinario forma un
    psicrómetro, que sirve para medir humedad relativa,
    tensión de vapor y punto de rocío. Se llama de
    bulbo húmedo porque de su bulbo o depósito parte
    una muselina de algodón que lo comunica con un
    depósito de agua. Este
    depósito se coloca al lado y más bajo que el
    bulbo, de forma que por capilaridad está continuamente
    mojado.

  • El termómetro de máxima y el
    termómetro de mínima utilizado en
    meteorología.

La precisión de la medida de la temperatura
depende del establecimiento de un equilibrio
térmico entre el dispositivo termométrico y el
entorno; en el equilibrio, el termómetro y el material
adyacente o próximo se encuentran a la misma temperatura.
Por eso, para que la medida de un termómetro
clínico, por ejemplo, sea precisa, éste se debe
colocar durante un periodo de tiempo
suficiente (más de un minuto) para que alcance un
equilibrio casi completo con el cuerpo humano.
Los tiempos se reducen de forma significativa con
termómetros pequeños de reacción
rápida, como los que emplean termistores.

Un termómetro sólo indica su propia
temperatura, que puede no ser igual a la del objeto cuya
temperatura se quiere medir. Por ejemplo, si se mide la
temperatura en el exterior de un edificio con dos
termómetros situados a pocos centímetros, uno de
ellos a la sombra y otro al sol, las lecturas de ambos
instrumentos pueden ser muy distintas, aunque la temperatura del
aire es la misma. El termómetro situado a la sombra puede
ceder calor por
radiación a las paredes frías del edificio. Por
eso, su lectura
estará algo por debajo de la temperatura real del aire.
Por otra parte, el termómetro situado al sol absorbe el
calor radiante del sol, por lo que la temperatura indicada puede
estar bastante por encima de la temperatura real del aire. Para
evitar esos errores, una medida precisa de la temperatura exige
proteger el termómetro de fuentes
frías o calientes a las que el instrumento pueda
transferir calor (o que puedan transferir calor al
termómetro) mediante radiación, conducción o
convección.

1.5
HIGRÓMETRO

Un higrómetro es un instrumento que se usa para
medir el grado de humedad del aire, o un gas determinado,
por medio de censores que perciben e indican su
variación.

Los instrumentos registradores de la humedad del aire
que se usan en las estaciones meteorológicas se fundan en
el uso de materias higroscópicas que, al absorber la
humedad ambiental, se alargan y tanto más cuanto
más húmedo es el aire.

Los primeros higrómetros estaban constituidos por
censores de tipo mecánico, basados en la respuesta de
ciertos elementos sensibles a las variaciones de la humedad
atmosférica, como cabellos (previamente desengrasados),
filamentos de cuernos de buey y tirillas de
intestinos.

Funcionamiento

El hilo, fijado por un extremo en el soporte del
instrumento, es enrollado en el tambor que lleva la aguja y tiene
un contrapeso en su extremo libre. En otros casos, de unos haces
de cabellos humanos puede pender un contrapeso cuyo movimiento
vertical, proporcional a la humedad ambiental, es transmitido a
la aguja por un sistema multiplicador. La aguja indicadora puede
constituir en un estilete inscriptor que traza una curva sobre el
gráfico enrollado en un tambor. Éste es accionado
por un mecanismo de relojería. El alargamiento de los
cabellos suele ser de 2,5% cuando la humedad relativa pasa de 0 a
100 por ciento.

Tipos de higrómetros y su
funcionamiento

Existen diversos tipos de higrómetros:

  1. Un tipo sencillo de higrómetro, usado en las
    casas y en las oficinas, aprovecha el cambio de
    longitud de una fibra orgánica (muchas veces un cabello)
    según la absorción de humedad. La fibra tiende a
    acortarse en aire seco; el dispositivo muestra el
    cambio al desplazar un puntero en un dial calibrado para dar
    lecturas de porcentajes relativos de humedad. Este tipo de
    higrómetro sólo da una indicación
    aproximada y no se usa para determinaciones cuantitativas
    precisas.
  2. El instrumento más utilizado en los
    laboratorios para medir humedades relativas es
    el psicrómetro o
    termómetro con bulbos mojado y seco; este determina la
    humedad atmosférica mediante la diferenciación de
    su temperatura con humedad y su temperatura ordinaria. Dos
    termómetros similares se montan adyacentes: el seco
    tiene su bulbo expuesto a la atmósfera, mientras que el mojado se
    envuelve con un material apropiado, como la muselina, empapado
    en agua y que sirve de mecha. El bulbo mojado se enfría
    por la evaporación del agua, dependiendo de la humedad
    atmosférica "si ésta es más seca, el agua se
    evapora más rápido. Con la ayuda de una tabla que
    acompaña al instrumento se puede obtener la humedad
    relativa en función
    de las lecturas en los termómetros mojado y
    seco.
  3. El higrómetro de
    condensación se emplea para calcular la
    humedad atmosférica al conseguir determinar la
    temperatura a la que se empaña una superficie pulida al
    ir enfriándose artificialmente y de forma paulatina
    dicha superficie. A esta temperatura comúnmente se
    conoce como "Temperatura de Rocío". Funcionamiento: Se
    coloca una pequeña cantidad de éter en una copa
    metálica, fina y muy pulida; su evaporación,
    acelerada por el aire que sopla a través de ella, hace
    disminuir la temperatura de la copa. Cuando se alcanza el punto
    de rocío del aire circundante, aparece una
    película de humedad sobre la superficie de la copa. Se
    mide la temperatura con un termómetro y, tras consultar
    una tabla, se obtiene la humedad relativa en función de
    las temperaturas atmosféricas y de
    rocío.
  4. El higroscopio
    utiliza una cuerda de cabellos que se retuerce con mayor
    o menor grado según la humedad ambiente. El
    haz de cabellos desplaza una aguja indicadora que determina la
    proporción de la mayor o menor humedad, sin poder llegar
    a conocer su porcentaje.
  5. El higrómetro de
    absorción utiliza sustancias
    químicas higroscópicas, las cuales absorben y
    exhalan la humedad, según las circunstancias que los
    rodean.
  6. El higrómetro
    eléctrico está formado por dos
    electrodos arrollados en espiral entre los cuales se halla un
    tejido impregnado de cloruro de litio acuoso. Si se aplica a
    estos electrodos una tensión alterna, el tejido se
    calienta y se evapora una parte del contenido de agua. A una
    temperatura definida, se establece un equilibrio entre la
    evaporación por calentamiento del tejido y la
    absorción de agua de la humedad ambiente por el cloruro
    de litio, que es un material muy higroscópico. A partir
    de estos datos se
    establece con precisión el grado de humedad.

1.6
FOTOMETRÍA

La Fotometría es la ciencia que
se encarga de la medida de la luz como el
brillo percibido por el ojo humano. Es decir, estudia la
capacidad que tiene la radiación
electromagnética de estimular el sistema visual. No
debe confundirse con la Radiometría, que se encarga de la
medida de la luz en términos de potencia
absoluta.

El ojo humano y la Fotometría

El ojo humano no tiene la misma sensibilidad para todas
las longitudes de onda la distancia entre dos picos sucesivos de
una onda. La luz que percibe el ojo humano es la luz visible y
comprende desde 400 a 700 nm. La que contiene longitudes de onda
superiores a 700 nm no es visible para el ojo y se llama
infrarroja. Por debajo de 400 nm tenemos la radiación
ultravioleta (100-400 nm). Estas forman f el espectro visible. La
Fotometría introduce este hecho ponderando las diferentes
magnitudes radiométricas medidas para cada longitud de
onda por un factor que representa la sensibilidad del ojo para
esa longitud.

La función que introduce estos pesos se denomina
función de luminosidad espectral o eficiencia
luminosa relativa de un ojo modelo, que se
suele denotar como , o
(este modelo u
observador estándar es muy similar a los de la
Colorimetría). Esta función es diferente
dependiendo de que el ojo se encuentre adaptado a condiciones de
buena iluminación (visión fotópica)
o de mala (visión escotópica).

Las medidas de absorción de luz se basan en dos
leyes, la
ley de Lambert
y la ley de Beer.

Ley de Lambert. Cuando un rayo de luz
monocromática pasa a través de un medio absorbente,
su intensidad disminuye exponencialmente a medida que la longitud
del medio absorbente aumenta.

Ley de Beer: Cuando un rayo de luz monocromática
pasa a través de un medio absorbente, su intensidad
disminuye exponencialmente a medida que aumenta la
concentración de la sustancia absorbente en el
medio.

Espectrofotómetros.

Los métodos
fotométricos de análisis utilizan los efectos de la
interacción de las radiaciones
electromagnéticas con las moléculas. Los aparatos
de medida de la absorción de la radiación
electromagnética se denominan
"espectrofotómetros".

La luz procedente de la fuente se hace pasar por el
monocromador, que la desdobla en haces monocromáticos. El
colimador tiene una rendija de ajuste variable, pasando a su
través sólo luz de una determinada longitud de
onda.

La utilización de la luz monocromática o
de un intervalo pequeño de longitudes de onda es
importante, ya que la ley de Lambert – Beer solo se cumple en
estas condiciones.

La luz que sale del colimador se hace pasar por la
solución y luego incide sobre el fototubo donde es
detectada. La señal se envía a un registrador que
puede ser la escala de un
galvanómetro calibrado o un registro
gráfico.

Colorímetros

Los métodos colorimétricos son una
aplicación de la espectroscopía y se basan en la
medida de la absorbancia de una solución coloreada en la
región visible del espectro (400-700 nm). La fuente de luz
suele ser una lámpara de wolframio. Los compuestos no
coloreados se transforman en otros con color, susceptibles de ser
medidos colorimétricamente, mediante reacción con
compuestos adecuados, y de esta forma se puede analizar en la
región visible del espectro compuestos coloreados y sin
color y ampliar sus posibilidades de utilización. Los
colorímetros encuentran una gran aplicación en los
laboratorios de análisis clínicos.

Principales magnitudes
fotométricas

La siguiente tabla recoge las principales magnitudes
fotométricas, su unidad de medida y la magnitud
radiométrica asociada:

Magnitud fotométrica

Símbolo

Unidad

Abreviatura

Magnitud radiométrica
asociada

Cantidad de luz o energía
luminosa

lumen·segundo

lm·s

Energía radiante

Flujo luminoso o potencia luminosa

lumen (= cd·sr)

lm

Flujo radiante o potencia radiante

Intensidad luminosa

candela

cd

Intensidad radiante

Luminancia

candela /metro2

cd /m2

Radiancia

Iluminancia

lux

lx

Irradiancia

Emitancia luminosa

lux

lx

Emitancia radiante

 

El principio de medición de los medidores
fotométricos es muy sencillo. La combinación de
componentes del agua y reactivos produce una coloración
característica. Los medidores fotométricos
envían luz a través de la muestra con una
determinada longitud de onda. Una fotocélula detecta la
intensidad de la muestra irradiada y compara el resultado con la
intensidad de salida. Se transmite la radiación absorbida
y se calcula la concentración.

 

Los medidores fotométricos originan la luz
necesaria por medio de un diodo con ahorro
energético. Por ello, estos aparatos son de fácil
manejo y se pueden ofrecer como variante de mano. Los medidores
fotométricos miden la intensidad (I) del rayo de luz
dirigido a través de la cubeta llena por medio de la
fotocélula. La medición se compara finalmente con
la intensidad de salida conocida La ley Lambert – Beer`sche
establece una relación matemática
entre la extinción E y la concentración c del
contenido de agua: A = log Io/I. La absorción se define de
la manera siguiente:

A = ႬLambda c d
(ႬLambda = coeficiente de extinción, c
= concentración molar de la sustancia, d = espesor de la
cu- beta). La extinción E medida con los medidores
fotométricos es proporcional a la concentración del
contenido de agua. La extinción depende exclusivamente de
la concentración con un coeficiente dado y un espesor de
la cubeta constante. La ley no tiene una validez ilimitada, sino
que parte de una luz con una longitud de onda única, la
conocida como luz monocromática

INTERFERÓMETRO

El interferómetro es un instrumento que emplea la
interferencia de las ondas de luz para
medir con gran precisión longitudes de onda de la luz
misma.

Hay muchos tipos de interferómetros, en todos
ellos se utilizan dos haces de luz que recorren dos trayectorias
ópticas distintas, determinadas por un sistema de espejos
y placas que, finalmente, convergen para formar un patrón
de interferencia

Usos de interferómetro

Medición de la longitud de
onda de la luz

Para medir la longitud de onda de un rayo de luz
monocromática se utiliza un interferómetro
dispuesto de tal forma que un espejo situado en la trayectoria de
uno de los haces de luz puede desplazarse una distancia
pequeña, que puede medirse con precisión, con lo
que es posible modificar la trayectoria óptica del
haz.

Cuando se desplaza el espejo una distancia igual a la
mitad de la longitud de onda de la luz, se produce un ciclo
completo de cambios en las franjas de interferencia.

La longitud de onda se calcula midiendo el número
de ciclos que tienen lugar cuando se mueve el espejo una
distancia determinada.

Medición de
distancias

Cuando se conoce la longitud de onda de la luz empleada,
pueden medirse distancias pequeñas en la trayectoria
óptica analizando las interferencias producidas. Esta
técnica se emplea, por ejemplo, para medir el contorno de
la superficie de los espejos de los telescopios.

Medición de índices de
refracción

Los índices de refracción de una sustancia
también pueden medirse con un interferómetro, y se
calculan a partir del desplazamiento en las franjas de
interferencia causado por el retraso del haz.

El interferómetro en Astronomía

En astronomía el principio del
interferómetro también se emplea para medir el
diámetro de estrellas grandes relativamente cercanas como,
por ejemplo, Betelgeuse. Como los interferómetros modernos
pueden medir ángulos extremadamente pequeños, se
emplean "también en este caso en estrellas gigantes
cercanas" para obtener imágenes
de variaciones del brillo en la superficie de dichas estrellas.
Recientemente ha sido posible, incluso, detectar la presencia de
planetas fuera
del Sistema Solar a
través de la medición de pequeñas
variaciones en la trayectoria de las estrellas. El principio del
interferómetro se ha extendido a otras longitudes de onda
y en la actualidad está generalizado su uso en
radioastronomía.

Imagen obtenida por un
interferómetro

de Michelson utilizando luz láser.

El experimento de Michelson y
Morley

Con el interferómetro se realizó uno de
los experimentos
más famosos de la historia de la física, con el cual
ambos investigadores intentaron medir la velocidad de
la Tierra en
el supuesto éter luminífero.

En dicho experimento se encontró que la velocidad
de la luz en el vacío es constante, independiente del
observador, lo que es uno de los postulados de la Teoría
de la Relatividad Especial de Albert
Einstein.

  1. Descripción del
    experimento

En la base de un edificio cercano al nivel del mar,
Michelson y Morley construyeron lo que se conoce como el
interferómetro de Michelson. Se compone de una lente
semiplateada o semiespejo, que divide la luz monocromática
en dos haces de luz que viajan en un determinado ángulo el
uno respecto al otro. Con esto se lograba enviar
simultáneamente dos rayos de luz (procedentes de la misma
fuente) en direcciones perpendiculares, hacerles recorrer
distancias iguales o caminos ópticos) iguales y recogerlos
en un punto común en donde se crea un patrón de
interferencia que depende de la velocidad de la luz en los dos
brazos del interferómetro. Cualquier diferencia en esta
velocidad (provocada por la diferente dirección de movimiento de la luz con
respecto al movimiento del éter) sería detectada.
Describiremos a continuación de manera esquemática
como se desarrollo
este experimento.

Interferómetro de
Michelson:

A-Fuente de luz monocromática
B – Espejo semirreflectante

C – Espejos

D – Diferencia de camino

BIBLIOGRAFÍA

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  • Termómetro (nd). consultada el 04 de junio del
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http://es.wikipedia.org/wiki/Term%C3%B3metro

NOTA: ESTE DOCUMENTO FUE PUBLICADO EN


http://www.actualicese.com/oficial/2007/03/28/tu-tambien-puedes-publicar-en-actualicesecom/

http://www.monografias.com/

http://www.rincondelvago.com/

 

 

 

 

Autor:

Berenice Villalba Rodríguez

Adely Mariñelarena López

María Jurado Sigala

Saúl Omar Guerrero Terrazas

Partes: 1, 2, 3
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