Calibración de un termómetro usando los dos puntos fijos de Celsius

Seleccione un tubo capilar de vidrio de orificio estrecho de aproximadamente 30 cm de largo, sellado en un extremo, con un pequeño bulbo soplado en el extremo sellado. El mercurio se expande linealmente con la temperatura en este rango, lo que lo hace ideal para escalas de división igual. Celsius usó mercurio en lugar de alcohol porque el mercurio no moja el vidrio y tiene un coeficiente de expansión casi lineal entre 0 °C y 100 °C.

Caliente suavemente el bulbo de vidrio para expandir el aire atrapado, luego invierta el extremo abierto en un recipiente con mercurio. A medida que el bulbo se enfría, la presión atmosférica fuerza al mercurio a subir por el tubo. Repita hasta que el bulbo y parte del tubo estén llenos con una columna continua de mercurio sin burbujas de aire. Esta es la misma técnica que usaban los sopladores de vidrio del siglo XVIII.

Una vez lleno, selle el extremo abierto del tubo capilar fundiendo el vidrio con una llama. La columna de mercurio queda ahora atrapada dentro de un sistema cerrado. Cualquier aire restante sobre el mercurio crea un vacío parcial (vacío torricelliano) que no afectará las lecturas en el rango de 0–100 °C.

Llene un vaso de precipitados de vidrio borosilicato con hielo triturado y agregue suficiente agua destilada para llenar los espacios entre los trozos de hielo. Agite suavemente. Esto crea un equilibrio estable a exactamente 0 °C (el punto de hielo) — mientras coexistan hielo sólido y agua líquida, la temperatura permanece constante independientemente de la temperatura ambiente. Celsius confirmó esta constancia mediante experimentos repetidos.

Sumerja completamente el bulbo de mercurio en la mezcla de hielo y agua. Manténgalo estable durante al menos 5 minutos para permitir que el mercurio se equilibre completamente. La columna de mercurio se contraerá y se asentará en un nivel estable — esta es su referencia del punto de congelación. No permita que el bulbo toque el fondo o los lados del vaso.

Con el mercurio completamente equilibrado, use un rayador con punta de diamante o un marcador permanente fino para rayar una línea de referencia en el tubo de vidrio exactamente en la parte superior de la columna de mercurio. En la escala original (invertida) de Celsius, él etiquetó este punto como 100°. En la convención moderna, es 0 °C. Etiquételo claramente.

Antes de establecer el punto de ebullición, consulte un barómetro de mercurio. La presión atmosférica estándar es 760 mmHg (101,325 kPa). Celsius documentó que el punto de ebullición del agua se desplaza aproximadamente 0,037 °C por cada mmHg de cambio de presión — por lo que una desviación de 27 mmHg desplaza el punto de ebullición aproximadamente 1 °C. Si la presión difiere significativamente de 760 mmHg, registre el valor y aplique una corrección más tarde.

Llene un matraz de Florencia hasta la mitad con agua destilada y colóquelo en un soporte de anillo sobre un mechero de alcohol. Fije una pinza para sostener el tubo del termómetro de modo que el bulbo de mercurio quede posicionado en el espacio de vapor justo sobre la superficie del agua — no sumergido en el líquido. La temperatura del vapor es igual al punto de ebullición de manera más confiable que el líquido mismo, que puede sobrecalentarse localmente.

Encienda el mechero de alcohol y caliente el agua hasta que alcance una ebullición sostenida y vigorosa. Espere a que la ebullición se estabilice — las burbujas iniciales pueden ser aire disuelto que escapa, no verdadera ebullición. Una ebullición vigorosa donde grandes burbujas suben continuamente desde el fondo indica que el agua ha alcanzado su punto de ebullición a la presión atmosférica actual.

Con el termómetro posicionado en la columna de vapor, espere 3–5 minutos hasta que el mercurio deje de subir y se estabilice. La temperatura del vapor es uniforme e igual al punto de ebullición. Celsius observó que el nivel de mercurio se vuelve perfectamente estable una vez alcanzado el equilibrio — cualquier aumento continuo indica que el sistema aún no se ha estabilizado.

Raye o marque una segunda línea de referencia en la parte superior de la columna de mercurio. En la escala invertida original de Celsius, etiquetó esto como 0°. En la convención moderna, es 100 °C. Si la lectura del barómetro difirió de 760 mmHg, anote el punto de ebullición real y aplique la corrección: sume 0,037 °C por cada mmHg por encima de 760, o reste por debajo.

Usando una regla de precisión o un compás de puntas, mida la distancia exacta en milímetros entre la marca del punto de congelación y la marca del punto de ebullición. Esta distancia representa el intervalo fundamental — 100 grados de cambio de temperatura. La genialidad de Celsius fue reconocer que dividir este intervalo en 100 partes iguales crea una escala decimal vinculada a una constante física universal.

Calcule la longitud de cada grado dividiendo el intervalo total entre 100. Usando un compás ajustado a este espaciado, marque cada grado a lo largo del tubo desde el punto de congelación hasta el punto de ebullición. Para legibilidad práctica, haga cada 10ª marca más larga (estas son las decenas: 10°, 20°, 30°… 90°) y cada 5ª marca de longitud media. Celsius usó esta división centesimal (centésimas), que más tarde le dio a la escala su nombre temprano: la escala centígrada.

Continúe el mismo espaciado igual por debajo de la marca de congelación (temperaturas negativas) y por encima de la marca de ebullición hasta donde lo permita el tubo. Los termómetros de mercurio son confiables desde aproximadamente −39 °C (el punto de congelación del mercurio) hasta aproximadamente 356 °C (el punto de ebullición del mercurio). Marque estas extensiones con el mismo espaciado de grados.

Coloque el termómetro terminado nuevamente en el baño de hielo y agua y confirme que el mercurio se alinea exactamente con la marca de 0 °C. Si no lo hace, el tubo puede haberse desplazado durante la manipulación, o la marca original fue imprecisa. Este paso de verificación es esencial — Celsius repitió sus mediciones múltiples veces para confirmar la reproducibilidad.

Devuelva el termómetro a la columna de vapor sobre el agua hirviendo. Confirme que el mercurio se alinea con la marca de 100 °C (después de cualquier corrección barométrica). Si ambos puntos de referencia son correctos, el termómetro está correctamente calibrado. El método de Celsius alcanza aproximadamente ±0,1 °C de precisión con técnica cuidadosa.

Fije el tubo graduado a una tira de respaldo de madera, latón o marfil usando ataduras de alambre o cemento. Grabe o imprima la escala numérica en el respaldo con los números de grados claramente legibles. Los termómetros del siglo XVIII típicamente usaban escalas de latón o boj. Esto convierte al termómetro en un instrumento terminado y portátil.

Celsius asignó 0° a la ebullición y 100° a la congelación — lo contrario de la convención moderna. Su razonamiento es debatido: una teoría es que quería evitar números negativos en las temperaturas del invierno sueco (Upsala alcanza regularmente −20 a −30 °C). La escala se invirtió a su forma moderna después de la muerte de Celsius en 1744, probablemente por Carl Linneo (quien ordenó termómetros con la escala invertida para su invernadero) o el fabricante de instrumentos Daniel Ekström. En 1948, la 9ª Conferencia General de Pesas y Medidas renombró oficialmente 'centígrado' a 'Celsius' para honrar al inventor y evitar confusión con la unidad de ángulo gradián centesimal.