ESPECIAL AÑO DE LA LUZ

La luz y la temperatura

En nuestro especial sobre el Año de la Luz conocemos hoy su relación con la temperatura y qué aplicaciones prácticas puede tener este conocimiento. María José Martín Hernández, del Centro Español de Metrología, nos habla brevemente sobre termometría.

La temperatura del objeto está relacionada con la radiación que emite.
La temperatura del objeto está relacionada con la radiación que emite. Steve Jurvetson (Flickr, CC)

Todo cuerpo a una temperatura mayor que 0 kelvin (o lo que es igual mayor que -273,15 ºC) emite radiación electromagnética. Esto es algo evidente al observar cuerpos muy calientes emitiendo radiación electromagnética en el rango visible: hierro candente, brasas ardientes, la lava, el Sol,… De algún modo la temperatura del objeto está relacionada con la radiación que emite. Esto se puede aprovechar para medir temperatura y construir termómetros. Esta forma de medir temperatura se practica desde que el hombre aprendió a trabajar con hornos de alfarería, forjar metales, hacer objetos de vidrio, etc. El termómetro original fue el ojo humano: los primeros alfareros, herreros o sopladores de vidrio obtenían de su experiencia una estimación de la temperatura viendo el color de los objetos o de los hornos que se utilizaban. 

La temperatura del objeto está relacionada con la radiación que emite. 

La rama de la termometría (parte de la física que estudia la medida de la temperatura) que utiliza la radiación emitida por un objeto para medir temperatura se llama termometría de radiación. Con esta técnica, las temperaturas de los objetos se miden a distancia, es decir, sin contacto entre el instrumento que mide la temperatura y el objeto cuya temperatura se desea medir. Esta manera de abordar la medida de la temperatura es muy útil en diversas aplicaciones: medidas remotas, en cadenas industriales de producción, sistemas en los que no se desea o no se puede perturbar su temperatura, etc. 

La relación matemática formal entre la radiación que emite un objeto caliente y la temperatura viene dada por la ley de Planck. En esta ecuación, no sólo interviene la energía radiada por unidad de tiempo y de superficie, sino que también interviene la longitud de onda de la radiación emitida. Para una temperatura determinada el espectro de emisión de un cuerpo caliente, es decir, la relación entre la potencia de luz emitida y la longitud de onda, se distribuye en una curva continua que podemos ver en la imagen. Esta curva es el espectro de lo que se denomina un cuerpo negro, es decir, un emisor perfecto, p. e. el Sol.

La curva de emisión de luz tiene un máximo a una longitud de onda diferente en función de la temperatura del cuerpo. En general, para que el máximo esté en la zona de las longitudes de onda del espectro visible, la temperatura del cuerpo debe ser superior a los 800 °C. Los cuerpos a temperatura más baja emiten en la zona del espectro infrarrojo. Aun así, si se encuentran los detectores de luz adecuados a cada longitud de onda, es posible construir termómetros de radiación para todas las temperaturas. 

El primer termómetro fue el ojo humano. 

La termometría de radiación es especialmente útil cuando deben medirse temperaturas superiores a 1000 °C, ya que empieza a ser de una precisión similar a los métodos de medida de temperatura por contacto (p. e. termopares). Incluso, por encima de 2000 °C, puede ser la única alternativa de medir temperatura. También resulta muy útil en sistemas donde no es conveniente perturbar la temperatura del objeto o no es accesible, p. e. líneas de alta tensión elevadas, componentes de placas de circuitos integrados, etc.

Sobre el autor: María José Martín Hernández es especialista del  Centro Español de Metrología.

* Este artículo pertenece al Especial del Año de la Luzen Next. 


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