Termómetro y barómetro

Un termómetro muestra la temperatura como la longitud de un hilo de líquido dentro de un fino tubo de vidrio, leída en una escala fijada por el hielo que se funde y el agua que hierve. Su compañero, el barómetro, pesa el aire por la altura de la columna de líquido que la atmósfera puede sostener: unos 760 mm de mercurio al nivel del mar.

Qué es

Un termómetro convierte la temperatura en una longitud que se puede leer. Un depósito de vidrio lleno de líquido continúa en un tubo de canal muy estrecho. Cuando el líquido se calienta, se dilata y su hilo sube junto a una escala.

El barómetro salió de los mismos talleres italianos y pesa el aire que tenemos encima por la altura de una columna de líquido. Con termómetros construidos iguales, observadores de ciudades distintas pudieron comparar sus lecturas, como hizo la primera red meteorológica a partir de 1654.

Cómo funciona

Los líquidos crecen un poco al calentarse: el etanol, alrededor del 0,11 % de su volumen por grado; el mercurio, alrededor del 0,018 %; el vidrio, mucho menos. El canal hace visible ese aumento, porque todo el volumen sobrante del depósito tiene que entrar en él. Un depósito con una quinta parte de centímetro cúbico de alcohol gana unos 0,2 mm³ por grado; en un canal de 0,2 mm de diámetro, eso supone un paso de unos 7 mm.

Una escala necesita puntos que cualquiera pueda reproducir. El hielo puro siempre se funde a la misma temperatura, y el agua pura siempre hierve a la misma temperatura mientras la presión del aire sea igual. La escala Celsius los llama 0 y 100 y pone cien pasos iguales entre ellos. En la montaña el agua hierve a menos temperatura, más o menos un grado menos por cada 300 m de altitud. Calibrar un instrumento es compararlo con esos puntos o con una referencia fiable y anotar la diferencia; sin eso, dos termómetros pueden discrepar en varios grados. En la cocina también importa: la agencia británica de seguridad alimentaria pide 70 °C mantenidos dos minutos en el centro de los alimentos cocinados.

El agua sola se contrae al calentarse entre 0 y 4 °C y se congela a 0 °C. Los primeros termómetros sellados llevaban alcohol y, desde el siglo XVIII, los instrumentos de precisión sobre todo mercurio, que sigue líquido en un intervalo amplio y no moja el vidrio.

El barómetro de Torricelli era un tubo de vidrio de un metro, cerrado por un extremo, lleno de mercurio e invertido en una cubeta de mercurio. La columna bajaba hasta que quedaban unos 760 mm por encima de la cubeta, con un espacio casi vacío arriba. Su peso equilibra el empuje del aire sobre la superficie libre. El mercurio es 13,6 veces más denso que el agua, así que un barómetro de agua necesita más de 10 m de tubo, la misma altura que limita a una bomba aspirante.

Cerca del nivel del mar, la columna baja alrededor de un milímetro por cada 11 m de subida, de modo que un barómetro también mide la altitud. Un barómetro que baja suele anunciar viento y lluvia; uno que sube, buen tiempo. Los barómetros aneroides sustituyen el líquido por una cápsula metálica sellada que se deforma.

Cómo construirlo

El termómetro de líquido es un instrumento para aprender: compárelo con una referencia para conocer su error y no lo use nunca para alimentos ni para comprobar una fiebre. El barómetro de tarro solo indica si la presión sube o baja.

El punto fijo inferior: la botella queda en el hielo fundente hasta que el hilo deja de moverse.

El termómetro de líquido. Tome una botella de vidrio pequeña, de unos 100 ml, una pajita transparente de al menos 25 cm y plastilina. Mezcle a volúmenes iguales agua y alcohol isopropílico al 70 %, teñidos con colorante alimentario: la mezcla se dilata más que el agua y evita su extraño comportamiento cerca de la congelación. Llene la botella hasta el borde, hunda bien la pajita en el líquido y selle el cuello con plastilina, sin burbujas de aire. A temperatura ambiente, el líquido debe quedar unos 8 cm por encima de la plastilina; añada o quite un poco por la pajita con un cuentagotas. Cuanto mayor sea la botella y más fina la pajita, mayor será el paso por grado. Pegue una tira de papel detrás de la pajita.

Fijar los puntos. Ponga la botella en un cuenco de hielo picado con un poco de agua, lo bastante hondo para cubrirla hasta el cuello. Remueva, espere a que el hilo se detenga, lo que puede tardar un cuarto de hora, y marque 0; el líquido debe seguir viéndose por encima de la plastilina. Deje que vuelva a la temperatura ambiente y después póngala junto a un termómetro de cocina digital en un cuenco con agua templada del grifo a unos 40 °C, remueva, espere a que las dos lecturas se estabilicen y marque el valor de la referencia; el hilo no debe llegar arriba. Si falla alguna de las dos pruebas, cambie la cantidad de líquido o la botella y repita los dos puntos. Divida el intervalo en pasos iguales y compare con la referencia a temperatura ambiente para conocer su error. No apriete nunca la botella.

Un barómetro de tarro: la membrana se hunde cuando sube la presión y la punta de la pajita se levanta.

El barómetro de tarro. Corte el cuello de un globo, tiéndalo bien sobre un tarro de vidrio de boca ancha y átelo con cordel para que no pase el aire. Pegue un extremo de una pajita larga en el centro de la membrana y deje que el otro sobresalga del borde, delante de una tarjeta. Cuando sube la presión exterior, la membrana se hunde y la punta se levanta. El aire encerrado también se dilata con el calor: un grado mueve la aguja más o menos lo mismo que 3,5 hPa de presión. Deje el tarro lejos del sol, en una habitación cuya temperatura cambie poco, y compare sus movimientos con la tendencia de presión del servicio meteorológico.

La lectura. Mantenga el ojo a la altura del extremo del hilo.

Seguridad. No fabrique nunca un instrumento con mercurio: su vapor es tóxico. Si se rompe un termómetro de mercurio antiguo, saque a las personas y los animales y no los deje volver, abra las ventanas al exterior y cierre las puertas hacia el resto de la casa. No use aspiradora ni escoba. Sobre un suelo duro, con guantes, junte las bolitas con un cartón rígido, páselas a un papel de cocina húmedo, recoja las más finas con cinta adhesiva y cierre todo en una bolsa etiquetada. Sobre una alfombra o un tapizado, recorte o aparte la parte manchada y consulte al servicio local de salud o de medio ambiente. Terminada la limpieza, ventile la habitación al menos 24 horas y lleve los residuos a un punto de recogida de residuos peligrosos según indiquen las autoridades locales. El alcohol isopropílico es inflamable y tóxico: manténgalo lejos de las llamas y de los niños. Use agua caliente del grifo, nunca hirviendo, y no pase nunca un vidrio directamente del hielo al agua caliente.

Historia y evolución

El termoscopio de Galileo: cuando el aire del matraz se enfría, el agua sube por el cuello.

Filón de Bizancio y Herón de Alejandría sabían que el aire calentado se hincha y empuja el agua por un tubo. Benedetto Castelli recordaba haber visto a Galileo mostrar un termoscopio así hacia 1600, y en 1612 el médico Santorio, en Venecia, le había añadido una escala para seguir las fiebres. Al estar abierto, también reaccionaba a la presión del aire.

Torricelli describió el barómetro de mercurio en una carta de junio de 1644. En 1648 Florin Périer, cuñado de Pascal, subió uno al Puy de Dôme, donde la columna quedó unos 8,5 cm más baja que en Clermont. En Florencia, los artesanos del gran duque Fernando II encerraron alcohol en vidrio sellado y, en 1654, el gran duque envió termómetros iguales a la primera red meteorológica.

Daniel Gabriel Fahrenheit hizo termómetros de mercurio en Ámsterdam desde la década de 1710 y publicó su método en 1724. Anders Celsius propuso su escala en 1742, con 0 en la ebullición y 100 en la congelación; se invirtió poco después de su muerte, en 1744. En 1848 William Thomson, más tarde lord Kelvin, propuso una escala absoluta, cuyo cero se fija hoy en −273,15 °C.

En 1868 Carl Wunderlich, con datos de unos 25 000 enfermos, situó la media normal en unos 37 °C y el comienzo de la fiebre hacia los 38 °C. Robert FitzRoy inició los avisos británicos de temporal en 1861 y publicó la primera previsión pública en The Times en agosto de ese año. Los sensores digitales y los termómetros de otros líquidos han sustituido en gran parte a los de mercurio, hoy restringidos en muchos países.