Escala Internacional de Temperatura de 1990

El 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 de 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 calibración de calibración desde 0,65 K a 1357.77 K ()−272.50 °C a 1084.62 °C) y se subdivide en múltiples rangos de temperatura que se superponen en algunos casos. ITS-90 es el más reciente de una serie de escalas internacionales de temperatura adoptadas por el CIPM desde 1927. Adoptada en la Conferencia General de 1989 sobre Pesos y Medidas, supera la Escala Internacional de Temperatura Práctica de 1968 (edición enmendada de 1975) y la Escala de Temperatura Provisional de 0,5 K a 30 K de 1976. El CCT también ha publicado varias guías en línea para ayudar a realizar las realizaciones del ITS-90. La temperatura más baja cubierta por el ITS-90 es 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 fue redefinido. Sin embargo, la alteración fue muy leve en comparación con las incertidumbres ITS-90, por lo que el ITS-90 sigue siendo la escala práctica recomendada de temperatura sin cambios significativos. Se prevé que la redefinición, combinada con mejoras en los métodos de termometría primaria, eliminará la dependencia del ITS-90 y del 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 definían (hasta 2019) utilizando el punto triple del agua (273,16 K o 0,01 °C), no es práctico utilizar esta definición a temperaturas que son muy diferente del punto triple del agua. En consecuencia, ITS-90 utiliza numerosos puntos definidos, todos los cuales se basan en diversos 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/temperatura de vapor del helio y sus isótopos mientras que el resto de sus puntos fríos (los inferiores a 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 o 660,323 °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 debidas a impurezas y 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 de 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 el medio mikelvin 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 distingue entre "congelar" y "derretiéndose" puntos. La distinción depende de si el calor entra (funde) o sale (congela) de la muestra cuando se realiza la medición. Sólo 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, mediciones precisas muestran que el punto de ebullición del agua VSMOW bajo una atmósfera de presión estándar 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 según ITS-90, donde se debe interpolar entre los puntos definitorios del galio y el 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 integral que presenta muchos puntos definidores, reproducibles y convenientemente espaciados que abarcan una amplia gama de temperaturas.

Aunque la "Escala Internacional de Temperatura de 1990" tiene la palabra "escala" Según su título, se trata de 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 equipos calibrados según ITS-90 se pueden expresar utilizando cualquier escala de temperatura como Celsius, Kelvin, Fahrenheit o Rankine. Por ejemplo, se puede medir una temperatura utilizando un equipo calibrado según el estándar ITS-90 basado en Kelvin, y ese valor luego se puede convertir y expresar como un valor en la escala Fahrenheit (por ejemplo, 211,953 °F).

ITS-90 no aborda los equipos y procedimientos altamente especializados utilizados para medir temperaturas extremadamente cercanas al cero absoluto. Por ejemplo, para medir temperaturas en el rango de nanokelvin (milmillonésimas de kelvin), los científicos utilizan equipos láser de red óptica para enfriar adiabáticamente los átomos, apagan los láseres de atrapamiento y simplemente miden hasta qué punto 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).

Estimaciones de las diferencias entre la temperatura termodinámica y el ITS-90 (T − T₉₀) 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 esto, un nuevo ³He vapor Se adoptó una escala de presión, conocida como PTB-2006 . Para temperaturas más altas, los valores esperados para T − T₉₀ están por debajo de 0,1 mK para temperaturas 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 alcanzando 46 mK a temperaturas cercanas a 1150 K.

Termómetros de interpolación estándar y sus rangos

Puntos definitorios

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