Un grupo vallisoletano contribuye a la redefinición de la Escala Internacional de la Temperatura

Cristina G. Pedraz/DICYT Miembros del Grupo de Investigación Reconocido Termocal (Termodinámica y Calibración) de la Universidad de Valladolid forman parte de un proyecto europeo del VII Programa Marco que busca redefinir la Escala Internacional de la Temperatura, y con ello precisar unidades básicas de medida como el kelvin. Según recuerda Juan José Segovia, uno de los científicos vallisoletanos que trabaja en el proyecto, en la actualidad algunas unidades de medida aún se basan en la materia, pese a que sufre cambios. “Lo que queremos es que estas unidades se desliguen de la materia y se unan a constantes físicas universales”, señala, de forma que se elimine la ambigüedad que origina los cambios de estado en la materia.

En el caso de las temperaturas, el punto triple del agua es el que sirve para calibrar las escalas. Este punto es aquel en el que coexisten en equilibrio los estados sólido, líquido y gaseoso y se sitúa en los 273’16 kelvin (0’01 grados celsius). Pese a que este punto está “bien definido”, a medida que nos alejamos en la escala “se pierde exactitud y aumenta la incertidumbre”. Al definir la escala a partir de una constante física universal, subraya el investigador, el nivel de incertidumbre “va a ser más parecido en todo el intervalo y se reducirá en los extremos”.

En concreto, el equipo de científicos utilizará la Constante de Boltzman, que relaciona temperatura absoluta y energía. Para determinarla, se utilizarán termómetros de gas de constante dieléctrica, termómetros de gas acústicos y una termometría de efecto doppler. El grupo Termocal se encargará de las mediciones con el termómetro de gas acústico, al ser uno de los pocos laboratorios europeos que cuenta con él.

Tal y como explica el profesor Segovia, “la velocidad del sonido es una propiedad termodinámica que está relacionada con la temperatura a través de la constante de Boltzmann”. Así, lo que harán los investigadores vallisoletanos será “medir velocidades del sonido a una temperatura conocida, que es el punto triple, y a partir de estos datos deducir cuál es la constante de Boltzmann”.

Termómetro acústico

El termómetro está compuesto, entre otros elementos, por una esfera hueca (un resonador esférico) fabricado a partir de dos hemisferios provenientes del mismo bloque de acero inoxidable. Para la realizar los ensayos, el resonador se llena con un gas simple (argón o helio preferentemente), de forma que su comportamiento se parezca lo más posible a lo que denominan “gas ideal”. Se trabaja reduciendo la presión en la cavidad hasta llegar al punto 0, para luego provocar una onda acústica en el fluido. El experimento será desarrollado en paralelo por varios equipos científicos, los cuatro europeos que poseen un termómetro acústico. Proceden de Italia, Alemania e Inglaterra, además de España.

Fases del proyecto

El Termocal participa en el proyecto a través de un acuerdo con el Centro Español de Metrología (CEM), puesto que sólo pueden formar parte de esta convocatoria del VII Programa Marco institutos nacionales de metrología. El trabajo ha sido encargado por la Oficina Internacional de Pesos y Medidas (BIPM, por sus siglas en francés) y también cuenta conla participación de grupos de investigación estadounidenses y chinos. Del lado europeo, aportarán sus investigaciones Gran Bretaña, Francia, Dinamarca, Alemania e Italia. El proyecto acaba de iniciar su tercera anualidad (su duración abarca los años 2008 a 2010). Mientras que la primera se puso a punto la técnica “incorporando nuevos equipos para poder medir con las exactitudes requeridas”, ya en la segunda “se han realizado medidas de la velocidad del sonido”. En el presente año los científicos vallisoletanos recibirán los gases de referencia que pasarán por todos los laboratorios y determinarán las medidas “definitivas” para asignar valor a la Constante de Boltzman.

Los investigadores prevén precisarla una centésima

Juan José Segovia recuerda que una de las condiciones que ha puesto la Oficina Mundial de pesos y Medidas es que la determinación de la Constante de Boltzmann “tiene que realizarse en varios laboratorios y con dos técnicas diferentes, de ahí que estén implicadas no sólo la termometría acústica, sino también la constante dieléctrica que es la otra que puede llegar a estos valores”. En estos momentos los investigadores solo disponen de un valor de la Constante de Boltzman determinado en 1989. Como ejemplo, la diferencia entre la temperatura medida con los valores aceptados actualmente y con los que se están probando en este trabajo es de alrededor de una centésima lo que se traduce en que, una vez actualizada, “donde antes se decía que había 223 grados luego diremos que hay, por ejemplo, 223'02”, algo que será útil, sobre todo, en campos como el tecnológíco. Grupos estadounidenses, japoneses y chinos también están participando en el proyecto con otras técnicas que vendrán únicamente a confirmar los valores procedentes de la termometría acústica, que es el método más fiable y el que menos nivel de incertidumbre puede dar”.