En este artículo voy a hablar del termómetro que ideó Galileo y desarrollaron sus discípulos.

El problema de medir la temperatura se ha abordado muchas veces de muchas formas.

Galileo combinó de manera ingeniosa las propiedades de dilatación térmica con el principio de Arquímedes para medirla utilizando la densidad de los líquidos. Vayamos por partes.

El principio de Arquímedes.

Para refrescar nuestra memoria, el principio de Arquímedes dice que un objeto sumergido en un líquido en reposo experimenta un empuje vertical y hacia arriba igual al peso de fluido desalojado. Es decir, tiende a flotar, restándole a su peso, el peso del líquido que ha desocupado. Si el objeto pesa menos que el líquido que ocupaba su volumen, flotará, y si pesa más se hundirá.

Bien, pues Galileo pensó que un mismo objeto podía hundirse o flotar dependiendo de su densidad: los más densos se hunden, y los menos densos flotan. Pero lo ingenioso fue pensarlo también desde el punto de vista del líquido: en los líquidos más densos, los objetos flotan, y en los menos densos, los objetos se hunden. Si alguna vez nos hemos parado a pensar por qué flotamos mejor en el agua del mar que en la de la piscina, entenderemos que la respuesta es que el agua del mar contiene tanta sal que es más densa que la de la piscina, y así un mismo volumen desalojado -el de nuestro cuerpo- provoca un empuje de flotación mayor en el mar que en la piscina.

La dilatación de los objetos.

Por otra parte, se ha observado siempre que los objetos se dilatan cuando aumenta la temperatura. Esto es, ocupan mayor volumen, y este aumento suele ser algo lineal; es decir, el aumento de volumen causado por el incremento de dos grados es el doble que el provocado por un grado de temperatura. Esta proporción se llama coeficiente de dilatación, y hay materiales que apenas se dilatan, como el vidrio y otros se dilatan muy visiblemente, como los metales. Lo interesante aquí es que los líquidos también se dilatan, y cuando aumenta la temperatura ocupan mayor volumen, pero como su peso no cambia, esto significa que son menos densos. De forma análoga podemos decir que cuando se enfrían son más densos. 

Combinando los conocimientos y eligiendo los materiales.

Galileo necesitaba un líquido que se dilatase fácilmente y un sólido que no se dilatase apenas, para sumergirlo y comprobar que se sumergía o flotaba según la temperatura del líquido. Además, el líquido debía ser transparente, para poder ver claramente si el objeto sólido se hundía.

Hay muchos materiales así, pero si además queremos que sean baratos y fáciles de conseguir, nos valdrá con escoger el alcohol como líquido transparente, y el vidrio como sólido con poca dilatación. El soplado de vidrio es una técnica antigua y permite hacer esferas huecas, como por ejemplo una bombilla, que flotan fácilmente en cualquier líquido. Si además le introducimos un lastre, podremos igualar o superar la densidad del líquido de forma que se hunda.

Así que se trata de construir bolitas huecas de idéntico tamaño, pero con distinto peso, introduciendo algo en su interior hueco. Diseñando y construyendo cuidadosamente estas bolitas, Galileo consiguió unas cuantas con pesos ordenados (cada una un poco más pesada que la anterior) de forma que las más pesadas se hundían y las menos pesadas flotaban en el alcohol.

Probando el invento.

Luego probó a calentar un poco el alcohol para dilatarlo. El alcohol aumentó de volumen, o lo que es lo mismo, disminuyó su densidad, provocando el hundimiento de algunas de las bolitas que estaban flotando. Lo dejó enfriar y al volver a aumentar la densidad del alcohol, las bolitas recién hundidas volvieron a salir a flote. ¡Voila! Sólo faltaba ponerles etiquetas según su peso y colocarlas en un tubo para que se mantuviesen ordenadas.

El resultado.

Como una imagen vale más que mil palabras, enseñaré al lector un termómetro basado en este principio que encontré en el escaparate de una farmacia. La persona que me lo vendió no sabía ni lo que era, sólo creía que era un juguete de colorines, pero no sabía ni siquiera qué significaba. Podemos observar las bolitas de vidrio confinadas en un recipiente tan estrecho que se apilan de una en una, y ordenadas por peso. Las más densas abajo y las más ligeras arriba. Cada una tiene colgando una etiqueta que indica la temperatura a la que deja de flotar. Cuando llega el verano, todas se hunden, porque el alcohol se hace menos denso, y cuando va haciendo más frío, el alcohol va ganando densidad haciendo que vayan flotando las bolitas de una en una. Si miramos las etiquetas de las que flotan y de las que se hunden sabremos qué temperatura tenemos.

¿Cuánto son 100 grados?

Como curiosidad adicional, quiero contar también en qué se basa la escala de temperaturas que usamos normalmente, la de los grados centígrados. Esta escala se definió utilizando agua destilada para conseguir dos temperaturas exactas y reproducibles. Estas temperaturas son la de congelación que se define como 0ºC y la de evaporación que se define como 100ºC. El hielo puede estar más frio de 0ºC, pero cuando se calienta llega un momento en que comienza a fundirse. En este momento la temperatura deja de subir y se mantiene a 0ºC mientras coexistan el agua líquida y el hielo. Cuando ya no quede hielo, volverá a subir la temperatura del agua líquida que estamos calentando, hasta que comience a evaporarse. Habrá alcanzado los 100ºC, y se mantendrá a cien grados mientras quede agua líquida junto con el vapor de agua.

O sea, que con la misma agua podemos conseguir cero y cien grados de forma muy estable. Hay métodos mucho más precisos, repetibles e inalterables, pero no son el objeto de este artículo.

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