En noviembre de 2018, la comunidad de metrología global acordó una revisión del Sistema Internacional de Unidades (SI) daurante la Conferencia General sobre Pesos y Medidas de la Oficina Internacional de Pesos y Medidas (BIPM) en Versalles. Con un voto unánime, los 60 países asistentes acordaron ajustar el SI para que se basara completamente en propiedades naturales invariables; un sueño de 150 años para la comunidad científica.
A partir del Día Mundial de la Metrología de 2019 (20 de mayo), por primera vez, se definieron las siete unidades básicas del SI en términos de constantes naturales o constantes técnicas. Esto ofrece una constante fundamental cuyos valores numéricos son fijos e invariables para cada unidad básica. Para la temperatura, eso significa que, en lugar de utilizar el punto triple del agua para expresar medidas físicas, se empleará la constante de Boltzmann.
Antes de 2018, las medidas que definían la temperatura y la masa tenían que ser algo tangible. Para la temperatura se trataba del punto triple del agua y para el kilogramo era la masa de metal comúnmente denominada Gran K. En la definición original de 1793, el kilogramo se definió como un litro de agua y el metro se definió como una diezmillonésima parte de la distancia entre el Polo Norte y el ecuador. Cada unidad básica tenía un elemento físico con el que compararse, como una masa de metal, para el kilogramo. No obstante, estos objetos se desgastarían o degradarían con el tiempo, generando así medidas cada vez menos precisas. Además, estos objetos no estaban disponibles para que todos los pudiesen comparar, lo que generaba más posibilidades de error.
En un mundo en el que tantas cosas dependen de medidas precisas, el nuevo sistema elimina la dependencia de objetos físicos para obtener exactitud. El SI revisado se basa en constantes de la ciencia física que no cambian con el tiempo y a las que todos pueden tener realmente acceso.
¿Qué debe hacer para estar al tanto de los cambios del SI?
La respuesta corta es: por ahora nada. Actualmente, no hay ningún dispositivo que pueda vincular la constante de Boltzmann a la temperatura con la misma exactitud de un punto fijo, así que no se desprenda todavía de sus puntos fijos.
Para el profesional de calibración de temperatura promedio, el objetivo es alejarse en última instancia de un termómetro de resistencia de platino estándar (SPRT) donde la temperatura se mide en puntos fijos. Con el tiempo, la calibración de la temperatura experimentará una transición hacia una especie de termómetro fotónico o termómetro de ruido Johnson basado en la mecánica cuántica.
Pero, por ahora, lo más importante es seguir haciendo lo que está haciendo en la calibración de la temperatura; nada cambia de momento. Los puntos fijos permanecen a las mismas temperaturas, la ITS-90 no cambia y seguiremos utilizando los SPRT para medir la temperatura.
Se van a obtener mejores incertidumbres. Pueden transcurrir 20 años hasta que llegue al mercado un dispositivo que pueda vincular la constante de Boltzmann a la temperatura con más exactitud que un punto fijo, pero manténgase atento porque ese momento llegará. Asistir a conferencias sobre temperatura como TEMPMEKO es una forma de mantenerse al día. TEMPMEKO se celebra cada tres años; la última se celebró en 2019 y la siguiente estaba prevista originalmente para 2022, pero se ha pospuesto.
La redefinición del SI y el auge de la fotónica fotónica y la termometría de ruido de Johnson
El futuro de la calibración de la temperatura: previsiones de Frank Liebmann
En el futuro, es probable que cambie el modo en que se materializa el Kelvin en los laboratorios de calibración. Los puntos fijos utilizados actualmente se sustituirán por un dispositivo que vincule de forma más exacta la constante de Boltzmann a nuestro trabajo, tal vez un dispositivo cuántico o un termómetro de ruido de Johnson.
- Un termómetro fotónico suele utilizar láseres y bloquea un láser en una determinada longitud de onda de luz basándose en lo que el termómetro hace físicamente a una temperatura determinada.
- Un termómetro de ruido de Johnson utiliza ruido eléctrico para tomar el punto central (del ruido) y lo compara con la frecuencia para determinar la temperatura.
La BIPM está trabajando en la definición de más puntos fijos para temperaturas más altas. Nuestros futuros laboratorios verán la nueva familia de puntos fijos que se diseña actualmente, llamados eutécticos. La eutéctica, o una mezcla eutéctica, es un conjunto de sustancias que se funden entre sí como un líquido a una determinada temperatura que es inferior a los puntos de fusión de las sustancias por separado o de cualquier otra mezcla de ellas. Actualmente, los puntos fijos más altos son el oro y el cobre, que se calientan hasta casi 1100 °C.
La eutéctica proporcionará a metrólogos y técnicos una mejor trazabilidad de las temperaturas por encima del punto del cobre, que es de 1084,62 °C. Los científicos están trabajando para demostrar la eutéctica utilizando termometría de radiación; tomando un calibrador de cuerpo negro que funciona con un principio similar a los calibradores por infrarrojos de precisión 4180/4181 de Fluke Calibration, excepto que, con una cavidad de cuerpo negro en lugar de una placa plana, junto con la eutéctica y comparándolo con el punto triple de plata del cobre, del aluminio, de la plata, del zinc y del oro. Una vez definida esta nueva familia, supondrá una gran diferencia para la calibración del termopar.
En el mundo de los termopares, también se trabaja para investigar diferentes combinaciones de cables. El objetivo es ver si pueden lograr medidas de temperatura más altas. Antes de que estas nuevas combinaciones se puedan trabajar en nuestros laboratorios de calibración, también hay que emplearse en averiguar cómo calibrar estos nuevos termopares, por lo que este avance se halla probablemente un poco más adelante.