Termómetro de agua de colores

Qué va a aprender

• Que los líquidos se dilatan al calentarse y se contraen al enfriarse, y que unos (el alcohol) se dilatan mucho más que otros (el agua).
• Que un tubo estrecho «amplifica» un cambio de volumen diminuto (0,14 ml por grado) hasta convertirlo en milímetros visibles.
• Cómo se calibra un instrumento con dos puntos de referencia y una regla de tres (escala lineal).
• Que un termómetro tarda en «ponerse a la temperatura» y que al sol mide su propio calentamiento, no el del aire.

Prepara antes

• Imprime la escala B al 100 % y comprueba con una regla que de la marca 0 a la marca 150 hay 150 mm.
• Quita la etiqueta de la botella (agua tibia) para ver bien el líquido.
• Deja el agua y el alcohol 1 hora en la misma habitación para que estén a temperatura ambiente.
• Agujerea el tapón antes de la sesión si los niños son pequeños.
• Prepara un sitio a la sombra y lejos de radiadores para dejar el termómetro.

Materiales y herramientas

• Botella pequeña de plástico con tapón de rosca — 1
  330 ml (agua o refresco), lisa y transparente, tapón estándar de 28–30 mm
• Pajita transparente — 1 (+1 de repuesto)
  recta, Ø exterior 6 mm (interior ≈ 5,5 mm), al menos 210 mm de largo
• Alcohol de botiquín — 165 ml
  etílico 96° o isopropílico 70 % (de farmacia)
• Agua del grifo — 165 ml + 2 l para el baño de calibración
  a temperatura ambiente
• Colorante alimentario — 4–5 gotas
  rojo o azul, líquido
• Plastilina — 1 bola de Ø 20 mm
  blanda, que no esté reseca
• Papel y cartón para la escala — 1 hoja A4 + 1 tira de cartón de 30 × 170 mm
  papel de impresora; cartón fino de caja de cereales
• Cinta adhesiva transparente — 30 cm
  para fijar la escala a la pajita
• Termómetro de referencia — 1
  cualquiera de casa: de ambiente, de cocina o digital de fiebre (este último mide agua entre 32 y 42 °C)

Herramientas

• Punzón o clavo de 3 mm — hacer el agujero inicial en el centro del tapón adulto
• Tijeras de punta — agrandar el agujero girándolas hasta 6 mm y cortar la escala adulto
• Embudo y jarra medidora — medir 165 + 165 ml y llenar la botella
• Cuentagotas o jeringa sin aguja — ajustar el nivel del líquido en la pajita
• Olla o barreño de 3–5 l — baño de agua para calibrar
• Regla — medir alturas en la pajita
• Barra de pegamento — pegar la escala de papel B sobre el soporte de cartón A

Piezas y plantillas

• A · Soporte de la escala ×1 — cartón fino (caja de cereales)
• B · Escala milimetrada ×1 — papel
• C · Centrador del agujero del tapón ×1 — papel
• D · Pajita ×1 — pajita transparente Ø 6 mm

Paso a paso

1. Marca el centro del tapón

   Recorta el centrador C, ponlo encima del tapón y marca el centro con un rotulador. Comprueba también que la pajita mide al menos 210 mm y dibuja una raya a 60 mm de un extremo.

2. Agujerea el tapón adulto

   Apoya el tapón sobre una tabla y perfóralo en la marca con un punzón o clavo de 3 mm. Mete la punta de unas tijeras y gíralas hasta que el agujero mida 6 mm: la pajita debe entrar apretada, sin holgura.

   Comprueba: Sostén el tapón boca abajo con la pajita metida: no debe caerse.
   Truco: Ve probando con la pajita cada media vuelta: es mejor que entre justa que floja.

3. Pasa la pajita y séllala

   Mete la pajita por el agujero desde fuera hasta la raya de 60 mm (esa parte queda dentro de la botella). Rodea la pajita con un anillo de plastilina de Ø 20 mm y aplástalo bien contra el tapón y la pajita.

   Comprueba: Sopla suave por la pajita tapando el lado de abajo con el dedo: no debe salir aire por la plastilina.

4. Prepara el líquido adulto

   En una jarra mezcla 165 ml de agua y 165 ml de alcohol de botiquín. Añade 4–5 gotas de colorante y remueve. La mezcla debe tener un color intenso para verla bien dentro de la pajita.

   Truco: Hazlo en un sitio ventilado y lejos de fuegos: el alcohol es inflamable.

5. Llena la botella hasta el borde

   Con el embudo, llena la botella de 330 ml hasta que el líquido toque el borde de la boca. Golpea la botella suavemente con el dedo para que suban las burbujas y vuelve a rellenar hasta el borde.

   Comprueba: Mirando de lado, el líquido debe formar una pequeña «cúpula» en la boca.

6. Enrosca el tapón despacio

   Coloca el tapón con la pajita y enróscalo muy despacio sobre un plato. El líquido que sobra sube por la pajita. Aprieta el tapón del todo; si el líquido llega a rebosar por arriba, para, saca un poco con el cuentagotas y sigue.

   Comprueba: No debe quedar ninguna burbuja de aire bajo el tapón (mira desde abajo). Si la hay, desenrosca, rellena y repite.

7. Ajusta el nivel inicial

   Con el líquido a temperatura ambiente, deja el nivel a unos 50–60 mm por encima del tapón. Si está más alto, saca líquido por arriba de la pajita con el cuentagotas; si está más bajo, añade gotas por la pajita.

   Truco: A 50–60 mm tendrás margen para medir de ≈ 10 °C hasta ≈ 35 °C con los 150 mm de pajita.

8. Monta la escala

   Pega la escala B sobre el soporte de cartón A con barra de pegamento, con el borde inferior de B (el 0) justo en el pliegue de A. Dobla la pestaña de 10 mm hacia atrás, ponla sobre el tapón detrás de la pajita y sujeta la tira a la pajita con dos trozos de cinta (arriba y a media altura).

   Comprueba: El 0 de la escala (el pliegue) debe quedar justo a la altura del borde superior del tapón, sin hueco.

9. Primer punto de calibración: la habitación

   Deja el termómetro 45 minutos a la sombra, junto a un termómetro de casa, sin tocar la botella. Anota en la escala, con una raya, la altura del líquido y escribe al lado la temperatura del termómetro de referencia (por ejemplo, 19 °C).

   Truco: No agarres la botella para leer: el calor de la mano y el apretón suben el líquido. Agárrala por el tapón.

10. Segundo punto: el baño templado

    Llena una olla con agua 8–10 °C más caliente que la habitación (unos 28–30 °C, templada al tacto). Mete la botella hasta el hombro, espera 20 minutos removiendo de vez en cuando y mide el agua con el termómetro de referencia. Marca la nueva altura y escribe esa temperatura.

    Comprueba: El líquido debe haber subido unos 5–7 mm por cada grado de diferencia. Si subió menos de 2 mm por grado, hay aire dentro o la mezcla tiene poco alcohol.

11. Reparte los grados

    Mide con la regla la distancia entre las dos marcas y divídela entre la diferencia de temperatura: así obtienes los milímetros por grado (≈ 6). Dibuja una raya cada grado entre las marcas y continúa con la misma separación hacia arriba y hacia abajo.

    Truco: Ejemplo: 19 °C a 54 mm y 28 °C a 108 mm → 54 mm / 9 °C = 6 mm por grado.

12. Comprueba tu termómetro

    Al día siguiente, deja tu termómetro y el de referencia juntos en otro sitio de la casa durante 45 minutos y compara las dos lecturas. Si difieren más de 2 °C, repite la calibración.

¿Funciona? La prueba

Coloca el termómetro calibrado junto a uno de referencia en una habitación, en la sombra, y léelo cada 30 minutos durante una mañana. Luego llévalo a un lugar más fresco (recibidor, terraza a la sombra) y espera 45 minutos.

Qué debe pasar: Las lecturas coinciden con el termómetro de referencia con un error de ±1–2 °C. Un cambio de 3 °C en la habitación mueve el líquido unos 18 mm. Si se agarra la botella con la mano durante 1 minuto, el líquido sube varios milímetros (y baja al soltarla).

Si algo falla

• El líquido no sube por la pajita al enroscar — La botella no estaba llena hasta el borde o el aire escapa por la plastilina. Solución: Rellena hasta formar una cúpula en la boca y vuelve a aplastar la plastilina contra el tapón y la pajita.
• El nivel sube y baja muchísimo al tocar la botella — Hay una burbuja de aire dentro (el aire se dilata 15 veces más que el líquido) o estás apretando la botella. Solución: Desenrosca, rellena hasta el borde sin burbujas y lee la botella sin tocarla.
• Apenas se mueve con el calor — Solo agua (se dilata casi igual que la botella) o pajita muy gruesa. Solución: Usa la mezcla 1:1 con alcohol y una pajita de Ø 6 mm o más fina.
• El nivel baja poco a poco durante días — Se evapora el alcohol por la punta abierta de la pajita. Solución: Tapa la punta de la pajita con un trocito de film transparente pinchado con un alfiler (deja pasar el aire pero frena la evaporación).
• El líquido rebosa por arriba — Nivel inicial demasiado alto o el termómetro se ha puesto al sol. Solución: Saca 1–2 ml con el cuentagotas y vuelve a calibrar. No lo dejes al sol directo.
• El líquido desaparece dentro del tapón — Hace más frío que la temperatura más baja de la escala. Solución: Añade gotas por la pajita para subir el nivel y recalibra, o usa el termómetro solo en interiores.

Seguridad

• El alcohol es inflamable: mézclalo un adulto, lejos de fuegos, velas y cocinas encendidas. Guarda el termómetro lejos de radiadores y estufas.
• El alcohol es tóxico si se bebe: etiqueta la botella «NO BEBER» y no la dejes al alcance de niños pequeños.
• El punzón o el clavo los usa un adulto, con el tapón apoyado sobre una tabla, nunca en la mano.
• Al terminar, vacía la mezcla por el desagüe con abundante agua; no la reutilices para beber ni para cocinar.
• Si usas el termómetro fuera en invierno, la mezcla con alcohol no se congela hasta ≈ −20 °C, pero el agua sola sí: a 0 °C puede reventar la botella.

La ciencia detrás

Para los niños

Cuando algo se calienta, sus partículas diminutas se mueven más deprisa y se empujan unas a otras, así que necesitan un poco más de sitio. El líquido de la botella crece un poquito al calentarse, pero como la botella está llena, el único sitio libre es la pajita: el líquido sube por ella. Al enfriarse, las partículas se calman, ocupan menos y el líquido baja. El alcohol es más «inquieto» que el agua, por eso con alcohol el termómetro se mueve más.

Para el adulto

Al aumentar la temperatura, la agitación térmica aumenta la distancia media entre moléculas y el líquido se dilata según ΔV = β·V·ΔT. A 20 °C, β(agua) ≈ 2,1 × 10⁻⁴ °C⁻¹ y β(etanol) ≈ 1,1 × 10⁻³ °C⁻¹; una mezcla 1:1 ronda 6–7 × 10⁻⁴ °C⁻¹. El recipiente también se dilata: el PET tiene un coeficiente cúbico ≈ 2 × 10⁻⁴ °C⁻¹, prácticamente igual que el agua, por eso un termómetro de agua en botella de plástico casi no se mueve. Con la mezcla, la dilatación aparente es ≈ 4 × 10⁻⁴ °C⁻¹; en 330 ml supone ≈ 0,14 ml por grado, que en una pajita de 5,5 mm de diámetro interior (23,8 mm²) son ≈ 6 mm/°C. Es el mismo principio del termómetro de alcohol: depósito grande + capilar estrecho. La escala es lineal porque β varía poco entre 10 y 35 °C; se calibra con dos puntos fijos (en los termómetros reales, 0 °C y 100 °C). La constante de tiempo es larga (≈ 15 min en agua, > 30 min en aire) por la masa térmica de 330 g de líquido. Si queda aire atrapado, el instrumento pasa a ser un termoscopio de gas (β del aire ≈ 3,4 × 10⁻³ °C⁻¹), mucho más sensible pero también sensible a la presión atmosférica, como el termoscopio de Galileo (1593).

• dilatación: aumento de tamaño de un material al calentarse.
• contracción: disminución de tamaño al enfriarse.
• calibrar: comparar un instrumento con otro de confianza para poner los números correctos en su escala.
• capilar: tubo muy estrecho; en él, un cambio de volumen pequeño se ve como una subida grande.
• equilibrio térmico: cuando dos cosas en contacto llegan a la misma temperatura y dejan de cambiar.

Por edades

• 5–7 años: El adulto agujerea el tapón, mezcla el alcohol y llena la botella. El niño pone la plastilina, enrosca despacio viendo subir el líquido y hace las rayas en la escala. Usa solo las palabras «más frío/más caliente», sin grados.
• 8–10 años: Hacen todos los pasos salvo el punzón y el alcohol. Que calculen los milímetros por grado con la regla de tres y lean el termómetro cada hora.
• 11–12 años: Que comparen agua, mezcla y alcohol solo, midan la sensibilidad en mm/°C de cada uno y calculen el coeficiente de dilatación aparente (ΔV = sección × subida). Reto: estimar el error de su termómetro frente al de referencia.

En grupo o en clase

Equipos de 3, un termómetro por equipo (botellas iguales de 330 ml). El adulto prepara antes 2 l de mezcla agua-alcohol coloreada en una botella grande etiquetada y agujerea todos los tapones. Sesión 1 (45 min): montaje y primer punto de calibración, dejando los termómetros juntos en una mesa con un termómetro de referencia. Sesión 2 (30 min): baño templado común en un barreño grande con termómetro y reparto de grados. Después, cada equipo coloca su termómetro en un lugar distinto del colegio (aula, pasillo, ventana, patio a la sombra) y se comparan las lecturas.

Retos

• Haz el termómetro más sensible de la clase: ¿qué cambiarías (botella más grande, pajita más fina, más alcohol)? Mide sus mm/°C.
• Construye una «caseta meteorológica» de cartón blanco con rendijas para medir la temperatura exterior sin que le dé el sol.
• Usa un botellín de cristal y compara su sensibilidad con la botella de plástico. ¿Por qué cambia?
• Haz una escala en grados Fahrenheit al lado de la de Celsius (°F = °C × 1,8 + 32).

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