Escala internacional de temperatura de 1990 - International Temperature Scale of 1990

La Escala Internacional de Temperatura de 1990 ( ITS-90 ) es un estándar de calibración de equipos especificado por el Comité Internacional de Pesos y Medidas (CIPM) para realizar mediciones en las escalas de temperatura Kelvin y Celsius . Es una aproximación de la temperatura termodinámica que facilita la comparabilidad y compatibilidad de las mediciones de temperatura a nivel internacional. Define catorce puntos de calibración que van desde0,65 K hasta1 357 0,77 K (−272,50 ° C hasta1 084 .62 ° C ) y se subdivide en múltiples rangos de temperatura que se superponen en algunos casos. ITS-90 es la más reciente de una serie de escalas internacionales de temperatura adoptadas por el CIPM desde 1927. Adoptada en la Conferencia General de Pesos y Medidas de 1989, reemplaza la Escala Internacional Práctica de Temperatura de 1968 (edición enmendada de 1975) y la de 1976 "Escala de temperatura provisional de 0,5 K a 30 K". El CCT también ha publicado varias guías en línea para ayudar en la realización del ITS-90. La temperatura más baja cubierta por el ITS-90 es de 0,65 K. En 2000, la escala de temperatura se amplió aún más, a 0,9 mK, mediante la adopción de una escala suplementaria, conocida como la Escala Provisional de Baja Temperatura de 2000 (PLTS-2000).

En 2019, el kelvin se redefinió . Sin embargo, la alteración fue muy leve en comparación con las incertidumbres de ITS-90, por lo que el ITS-90 sigue siendo la escala de temperatura práctica recomendada sin cambios significativos. Se prevé que la redefinición, combinada con mejoras en los métodos de termometría primaria, eliminará gradualmente la dependencia del ITS-90 y el PLTS-2000 en el futuro.

Detalles

El ITS-90 está diseñado para representar la escala de temperatura termodinámica (absoluta) (haciendo referencia al cero absoluto ) lo más fielmente posible en todo su rango. Se requieren muchos diseños de termómetros diferentes para cubrir todo el rango. Estos incluyen termómetros de presión de vapor de helio, termómetros de gas helio, termómetros de resistencia de platino estándar (conocidos como SPRT) y termómetros de radiación monocromáticos .

Aunque las escalas de temperatura Kelvin y Celsius se definieron (hasta 2019) utilizando el punto triple del agua (273,16 K o0,01 ° C ), no es práctico utilizar esta definición a temperaturas muy diferentes del punto triple del agua. En consecuencia, ITS-90 utiliza numerosos puntos definidos, todos los cuales se basan en varios estados de equilibrio termodinámico de catorce elementos químicos puros y un compuesto (agua). La mayoría de los puntos definidos se basan en una transición de fase ; específicamente el punto de fusión / congelación de un elemento químico puro. Sin embargo, los puntos criogénicos más profundos se basan exclusivamente en la relación presión de vapor / temperatura del helio y sus isótopos, mientras que el resto de sus puntos fríos (los que están por debajo de la temperatura ambiente) se basan en puntos triples . Ejemplos de otros puntos definitorios son el punto triple de equilibrio del hidrógeno (13.8033 K o−259,3467 ° C ) y el punto de congelación del aluminio (933.473 K o660,323 ° C ).

Los puntos fijos definitorios del ITS-90 se refieren a muestras químicas puras con composiciones isotópicas específicas. Como consecuencia de esto, el ITS-90 contiene varias ecuaciones para corregir las variaciones de temperatura debido a las impurezas y la composición isotópica.

Los termómetros calibrados mediante el ITS-90 utilizan fórmulas matemáticas complejas para interpolar entre sus puntos definidos. El ITS-90 especifica un control riguroso sobre las variables para garantizar la reproducibilidad de un laboratorio a otro. Por ejemplo, se compensa el pequeño efecto que tiene la presión atmosférica sobre los distintos puntos de fusión (un efecto que normalmente no supera la mitad de un milikelvin en las diferentes altitudes y presiones barométricas que probablemente se encuentren). El estándar también compensa el efecto de la presión debido a la profundidad con la que se sumerge la sonda de temperatura en la muestra. El ITS-90 también establece una distinción entre puntos de "congelación" y "fusión". La distinción depende de si el calor se va en (de fusión) o fuera de (congelación) la muestra cuando se realiza la medición. Solo el galio se mide en sus puntos de fusión; todos los demás metales con puntos fijos definidos en el ITS-90 se miden en sus puntos de congelación.

Un efecto práctico del ITS-90 es que los puntos triples y los puntos de congelación / fusión de sus trece elementos químicos se conocen con precisión para todas las mediciones de temperatura calibradas según el ITS-90, ya que estos trece valores están fijos por definición.

Limitaciones

A menudo, existen pequeñas diferencias entre las mediciones calibradas según ITS-90 y la temperatura termodinámica . Por ejemplo, las mediciones precisas muestran que el punto de ebullición del agua VSMOW bajo una atmósfera estándar de presión es en realidad 373,1339 K (99,9839 ° C) cuando se adhiere estrictamente a la definición de dos puntos de temperatura termodinámica. Cuando se calibra a ITS-90, donde se debe interpolar entre los puntos de definición de galio e indio, el punto de ebullición del agua VSMOW es aproximadamente 10 mK menos, aproximadamente 99,974 ° C. La virtud de ITS-90 es que otro laboratorio en otra parte del mundo medirá la misma temperatura con facilidad debido a las ventajas de un estándar de calibración internacional completo que presenta muchos puntos de definición convenientemente espaciados, reproducibles y que abarcan un amplio rango de temperaturas.

Aunque “Escala internacional de temperatura de 1990” tiene la palabra “escala” en su título, este es un nombre inapropiado que puede inducir a error. El ITS-90 no es una báscula; es un estándar de calibración de equipos . Las temperaturas medidas con equipo calibrado según ITS-90 pueden expresarse utilizando cualquier escala de temperatura como Celsius, Kelvin, Fahrenheit o Rankine. Por ejemplo, una temperatura puede medirse usando un equipo calibrado según el estándar ITS-90 basado en kelvin, y ese valor puede convertirse y expresarse como un valor en la escala Fahrenheit (por ejemplo, 211,953 ° F).

ITS-90 no se ocupa de los equipos y procedimientos altamente especializados que se utilizan para medir temperaturas extremadamente cercanas al cero absoluto. Por ejemplo, para medir temperaturas en el rango de nanokelvin (mil millonésimas de kelvin), los científicos utilizan equipos láser de celosía óptica para enfriar adiabáticamente átomos, apagar los láseres de atrapamiento y simplemente medir qué tan lejos se desplazan los átomos con el tiempo para medir su temperatura. Un átomo de cesio con una velocidad de 7 mm / s equivale a una temperatura de aproximadamente 700 nK (que fue una temperatura fría récord alcanzada por el NIST en 1994).

Las estimaciones de las diferencias entre la temperatura termodinámica y el ITS-90 ( T - T 90 ) se publicaron en 2010. Se hizo evidente que ITS-90 se desviaba considerablemente de PLTS-2000 en el rango superpuesto de 0,65 K a 2 K. Para abordar Para ello, se adoptó una nueva escala de presión de vapor de 3 He, conocida como PTB-2006. Para temperaturas más altas, los valores esperados para T - T 90 están por debajo de 0.1 mK para temperaturas de 4.2 K - 8 K, hasta 8 mK a temperaturas cercanas a 130 K, a 0.1 mK en el punto triple del agua (273.1600 K), pero aumentando nuevamente a 10 mK a temperaturas cercanas a 430 K, y llegando a 46 mK a temperaturas cercanas a 1150 K.

Termómetros de interpolación estándar y sus rangos

Inferior (K) Superior (K) Variaciones Termómetro Estrategia de calibración e interpolación
0000,65 0003.2 01 Termómetro de presión de vapor de helio-3 Relación presión- temperatura de vapor fijada por una función especificada.
0001,25 0002.1768 01 Termómetro de presión de vapor de helio-4 Relación presión- temperatura de vapor fijada por una función especificada.
0002.1768 0005,0 01 Termómetro de presión de vapor de helio-4 Relación presión- temperatura de vapor fijada por una función especificada.
0003 0024.5561 01 Termómetro de gas helio Calibrado en tres puntos fijos en este rango e interpolado de una manera específica.
0013.8033 1234,93 11 Termómetro de resistencia de platino Resistencia calibrada en varios puntos fijos e interpolada de una manera especificada.
Se especifican once procedimientos de calibración distintos.
1234,93 03 Termómetro de radiación Calibrado en un punto fijo y extrapolado según la ley de Planck .
Puede calibrarse en el punto de congelación de Ag, Au o Cu.

Definiendo puntos

La siguiente tabla enumera los puntos fijos que definen el ITS-90.

Sustancia y su estado Punto de definición (rango)
K ° C ° R ° F
Triple punto de hidrógeno 13.8033 −259,3467 24.8459 −434,8241
Triple punto de neón 24.5561 −248,5939 44.2010 −415,4690
Triple punto de oxígeno 54.3584 −218,7916 97.8451 −361,8249
Triple punto de argón 83.8058 −189,3442 150.8504 −308,8196
Triple punto de mercurio 234.3156 −38,8344 421.7681 −37,9019
Triple punto de agua 273.16 0,01 491,69 32.02
Punto de fusión del galio 302.9146 29.7646 545.2463 85.5763
Punto de congelación del indio 429.7485 156.5985 773.5473 313.8773
Punto de congelación del estaño 505.078 231.928 909.140 449.470
Punto de congelación del zinc 692.677 419.527 1.246,819 787.149
Punto de congelación del aluminio 933.473 660.323 1,680.251 1.220.581
Punto de congelación de la plata 1.234,93 961,78 2.222,87 1,763.20
Punto de congelación del oro 1.337,33 1.064,18 2.407,19 1.947,52
Punto de congelación del cobre 1.357,77 1.084,62 2.443,99 1.984,32

Ver también

Referencias

enlaces externos