Científicos de la UVa contribuyen a la redefinición del kelvin

El pasado 16 de noviembre, la Conferencia General de Pesas y Medidas, aprobó en Versalles (Francia) la redefinición de cuatro de las siete unidades del Sistema Internacional: el kilogramo, el amperio, el kelvin y el mol. El grupo de investigación TERMOCAL, del Instituto de Bioeconomía de la Universidad de Valladolid (UVa) (España), en colaboración con el Centro Español de Metrología (CEM), ha contribuido a la definición de una de ellas, el kelvin (k), como unidad de temperatura, a través de sus trabajos en la determinación de la constante de Boltzmann con termómetros termodinámicos.

Estos trabajos, publicados en la revista ‘Metrologia’, han sido recogidos por el Comité de Datos para la Ciencia y Tecnología (CODATA), en su propuesta del nuevo valor de dicha constante, base en la definición del kelvin.

Las investigaciones se llevaron a cabo en el marco el proyecto internacional ‘The Boltzmann project’, que tenía como objetivo fijar el valor de la constante de Boltzmann (k) para una nueva definición del kelvin. En él ha colaborado el grupo de investigación TERMOCAL, dirigido por José Juan Segovia, y el Centro Español de Metrología, a través del grupo de Dolores del Campo.

“El nuevo Sistema Internacional se basa en valores numéricos exactos de la constante de Plank (h), carga elemental (e), constante de Boltzmann (k) y constante de Avogadro (NA). CODATA ha recogido y analizado todos los datos publicados hasta el verano de 2017 y, tras un ajuste, ha propuesto los valores de estas constantes físicas fundamentales”, explica a DiCYT Juan José Segovia.

José Juan segovia en el laboratorio Termocal. (Foto: DICYT)

En su nueva definición, el kelvin es la unidad de temperatura termodinámica. Se define al fijar el valor numérico de la constante de Boltzmann (k), en 1,380 649 x 10-23. Esta definición implica que un kelvin equivale al cambio de temperatura termodinámica que da lugar a un cambio en la energía térmica. La temperatura aparece en todas las leyes físicas acompañada siempre de la constante de Boltzmann k como "energía térmica".

Como apunta el investigador, los únicos termómetros capaces de establecer directamente una relación entre la energía térmica en julios (J) y la energía mecánica en newton metro (N m), son los termómetros primarios o termodinámicos, donde la relación entre una propiedad medible y la temperatura termodinámica se determinan con una ley física.

La UVa y el CEM han utilizado un termómetro primario de gas acústico, que se basa en la medición de la velocidad de propagación del sonido en un gas. La medida de la velocidad del sonido se realiza por métodos de interferometría en una cavidad esférica cerrada variando la frecuencia. La relación entre la temperatura termodinámica y la velocidad del sonido se establece con la ecuación de estado del gas ideal.

“El nuevo kelvin tiene una influencia inapreciable a nivel industrial para que afecte lo menos posible a la vida diaria evitando costes económicos, mientras, los cambios son mayores en la zona criogénica, por debajo de 20 K, y a altas temperaturas, por encima de 1000 grados centígrados. El objetivo de esta nueva definición es hacer al kelvin independiente de cualquier elemento, técnica de medida o rango de temperatura, sentando las bases para futuras mejoras. La redefinición favorecerá el uso tanto de la temperatura termodinámica como de la Escala Internacional de Temperatura ITS-90”, concluye. (Fuente:CGP/DICYT)