REALIZACIÓN DEL PUNTO DE SOLIDIFICACIÓN DE PLATA CON UNA CELDA DE USO NO CONVENCIONAL
P. Giorgio, M. Santaya INTI Física y Metrología
patg@inti.gob.ar
INTRODUCCIÓN
La temperatura de cambio de fase de una
sustancia pura sirve como referencia para la
calibración de termómetros patrones de
resistencia de platino con incertidumbres del
orden del
, y de termopares con
incertidumbres de unas pocas décimas de
grado. Para realizar dichas transiciones
contamos con celdas cuyo esquema se
muestra en la Figura 1b. La sustancia pura está
contenida en un crisol de grafito, rodeado a su
vez por una envoltura de cuarzo. El crisol de
grafito posee en el centro un tubo reentrante de
grafito, rodeado por un tubo de cuarzo,
concéntrico, en el que se introduce el
termómetro a calibrar.
Existen dos tipos de celdas comerciales:
cerradas y abiertas. Las primeras están
selladas de forma tal que la presión en su
interior es igual a
, durante la
transición de fase, mientras que las abiertas se
operan haciendo vacío y luego introduciendo
Ar hasta lograr, durante la transición de fase,
una presión de
.
En esta ocasión trabajamos con el punto de
solidificación de Ag cuya temperatura es de
a una presión de
.
OBJETIVO
Este trabajo surge a partir de la necesidad de
continuar calibrando termocuplas en puntos
fijos por encima de
. Dicha capacidad se
perdió como consecuencia de la rotura de la
celda de Ag cerrada con que contaba el
laboratorio. Entonces se implementó un
procedimiento de uso no tradicional de la
mencionada celda.
DESCRIPCIÓN
La rotura se produjo en la unión entre el pozo
termométrico de cuarzo y la envoltura, también
de cuarzo, que rodea al crisol de grafito (Figura
1.a). El crisol de grafito forma una barrera que
impide que el aire entre en contacto con la
plata en su interior. Sin embargo, a altas
temperaturas el grafito se oxida y se vuelve
poroso, dejando pasar oxígeno del aire que
podría contaminar la plata. Para evitar la
oxidación, se hizo ingresar por un orificio
superior un flujo constante de Ar y se
aprovechó la rotura como desagote (Figura
1.a). Se utilizó Ar comercial de
de
pureza.. Dado que el Ar es aproximadamente
un
más pesado que el aire, se espera que
se genere sobre el grafito una atmósfera de Ar
que lo proteja de la oxidación.
(a)
(b)
Figura 1.a: Foto de la celda de Ag. Se observa la rotura en la unión entre el pozo termométrico y la envoltura de cuarzo. También se muestra el orificio a través del cual se introdujo el flujo de Ar. Figura 1.b: Esquema de la celda de Ag cerrada.- A: Crisol y tapa de grafito de alta pureza; B: Tubo reentrante de grafito de alta pureza; C: Ag de 99.9999% de pureza; D: Cubierta de cuarzo sellada.
En la figura 2 se esquematiza el sistema empleado para establecer el flujo de Ar.
Figura 2. Esquema del sistema de flujo de argón.
Al operar con esta celda, ésta se halla
sometida a las variaciones de presión del
ambiente. Sin embargo, una variación de
presión de
, representa un
corrimiento en la temperatura de solidificación
de Ag de
[1], y dado que las variaciones
típicas de presión ambiente son mucho
menores que
, su efecto se considera
despreciable.
Para realizar la fusión se colocó la celda en un
horno cuya temperatura se llevó
por
encima de la temperatura de cambio de fase.
Cuando el horno alcanzó una temperatura
cercana a
se estableció un flujo de
argón de
que se mantuvo mientras la
temperatura fuera superior a 400 °C. Se
realizaron un total de cinco fusiones con esta
celda.
Para producir la solidificación, una vez que la
plata se había fundido completamente, se
enfrió el horno
por debajo de la
temperatura de cambio de fase. Cuando el
indicador del horno mostró la temperatura de
cambio de fase, se sacó la celda al ambiente
durante , con la intención de generar una
interfase exterior. Luego se introdujeron,
sucesivamente, dos varillas de cuarzo en el
pozo termométrico, ambas a temperatura
ambiente, durante
cada una. Con este
procedimiento se buscó generar una interfase
interna, próxima al sensor, para que éste
adquiera la temperatura de la interfase.
RESULTADOS
En las Figuras 3 y 4 se observan dos fusiones
de Ag, mientras que en la Figura 5 se muestra
una curva de solidificación. Se observó una
diferencia de entre
y
entre las
temperaturas de solidificación y fusión. La
misma diferencia se observó al comparar estos
resultados con mediciones previas a la rotura
de la celda. Estas diferencias se hallan dentro
de los valores de incertidumbre asociados a la
medición de temperatura con la celda cerrada
(
con
).
Se halló una inversión de la pendiente en las
curvas de fusión que podría deberse a la
presencia de impurezas que descienden la
temperatura de cambio de fase, en la zona más
cercana al sensor. También es posible atribuir
este comportamiento al flujo de
oxidado (observar la nitidez del tallado Ag87 en la Figura 1a). Los presentados son resultados preliminares y espreramos poder analizarlos a la luz de la comparación de esta celda con otra celda de referencia. A partir de estos resultados se propone investigar como influyen el enfriamiento por flujo de Ar y la distribución de impurezas. Queremos en este punto agradecer al Dr. Moisés Tischler sus valiosos aportes para la realización del presente trabajo.
Figura 4. Quinta fusión de Ag bajo flujo de Ar. El valor medio del plateau presenta una diferencia menor a 1 mK con las mediciones de temperatura anteriores a la rotura.
Figura 3. Segunda fusión de Ag operando la celda bajo flujo de Ar.
Ar, que ingresa a la celda a temperatura ambiente. No se encontraron indicios que indiquen que el crisol de grafito se haya
Figura 5. Curva de solidificación de Ag operando la celda bajo flujo de Ar.
BIBLIOGRAFÍA 1. Bongiovanni G.,Crovini L. & Marcarino P. (1975). Effects of Dissolved Oxygen and Freezing Techniques on the Silver Freezing Point, Metrología, 11, 125-132 2. Burns G.W., Scroger M. G., Strouse G. F., Croarkin M. C. & Guthrie W. F. (1993). NIST Monograph 175. 3. Giorgio P, Santaya M. (2014). Realización del Punto de Solidificación de Plata con una Celda de Uso no Convencional. 99º Reunión Nacional de Física de la Asociación Física Argentina, Tandil, Buenos Aires. 4. Preston-Thomas H. (1990). The international Temperature Scale of 1990, Metrologia, 27, 3-10
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