TEMPERATURA

La temperatura es una magnitud referida a las nociones comunes de caliente, tibio o frío que puede ser medida con un termómetro. En física, se define como una magnitud escalar relacionada con la energía interna de un sistema termodinámico, definida por el principio cero de la termodinámica. Más específicamente, está relacionada directamente con la parte de la energía interna conocida como «energía cinética», que es la energía asociada a los movimientos de las partículas del sistema, sea en un sentido traslacional, rotacional, o en forma de vibraciones. A medida de que sea mayor la energía cinética de un sistema, se observa que éste se encuentra más «caliente»; es decir, que su temperatura es mayor.

En el caso de un sólido, los movimientos en cuestión resultan ser las vibraciones de las partículas en sus sitios dentro del sólido. En el caso de un gas ideal monoatómico se trata de los movimientos traslacionales de sus partículas (para los gases multiatómicos los movimientos rotacional y vibracional deben tomarse en cuenta también).

El desarrollo de técnicas para la medición de la temperatura ha pasado por un largo proceso histórico, ya que es necesario darle un valor numérico a una idea intuitiva como es lo frío o lo caliente.

Multitud de propiedades fisicoquímicas de los materiales o las sustancias varían en función de la temperatura a la que se encuentren, como por ejemplo su estado (sólido, líquido, gaseoso, plasma), su volumen, la solubilidad, la presión de vapor, su color o la conductividad eléctrica. Así mismo es uno de los factores que influyen en la velocidad a la que tienen lugar las reacciones químicas.

La temperatura se mide con termómetros, los cuales pueden ser calibrados de acuerdo a una multitud de escalas que dan lugar a unidades de medición de la temperatura. En el Sistema Internacional de Unidades, la unidad de temperatura es el kelvin (K), y la escala correspondiente es la escala Kelvin o escala absoluta, que asocia el valor cero kelvin (0 K) al cero absoluto, y se gradúa con un tamaño de grado igual al del grado Celsius. Sin embargo, fuera del ámbito científico el uso de otras escalas de temperatura es común. La escala más extendida es la escala Celsius, llamada «centígrada; y, en mucha menor medida, y prácticamente solo en los Estados Unidos, la escala Fahrenheit. También se usa a veces la escala Rankine (°R) que establece su punto de referencia en el mismo punto de la escala Kelvin, el cero absoluto, pero con un tamaño de grado igual al de la Fahrenheit, y es usada únicamente en Estados Unidos, y solo en algunos campos de la ingeniería.

ESCALAS DE TEMPERATURA

La temperatura se mide por medio de diversos instrumentos y dispositivos, de los que el más conocido es el termómetro de mercurio. En esencia, todos estos instrumentos se basan en la observación de las llamadas magnitudes termométricas, que son cualidades de los cuerpos susceptibles de modificación por efecto de los incrementos o los descensos de temperatura (por ejemplo, el hierro se enrojece al calentarse).

En los procedimientos de medida aplicados se sustentan las principales escalas termométricas hoy día utilizadas, y que se basan en los puntos de fusión y ebullición del agua para determinar las escalas de graduación de sus valores.

ESCALA CELSIUS:

es la unidad termométrica cuyo 0 se ubica 0,01 grados por debajo del punto triple del agua y su intensidad calórica equivale a la del kelvin.

La escala Celsius lleva el nombre de astrónomo sueco Anders Celsius (1701-1744). En 1742, Celsius creó una escala de temperatura en la que 0 grados era el punto de ebullición del agua y 100 grados el punto de congelación.

Alrededor de esa época otros físicos desarrollaron independientemente una escala similar pero a la inversa, de tal manera que 0 grados era el punto de fusión del hielo y 100 grados en el punto de ebullición del agua. Esta nueva escala fue ampliamente adoptada en todo el continente europeo y, por lo general, se la conoce como la escala centígrada.

La escala fue nombrada oficialmente como «La escala Celsius ‘en 1948 para evitar confusión con el uso de grados centígrados como una medida angular.

Aunque inicialmente se definió por el punto de congelación del agua (y más tarde por el punto de fusión del hielo), la escala Celsius o de grados centígrados se considera ahora oficialmente una escala derivada, definida en relación a la escala de temperatura Kelvin.

Cero en la escala Celsius o de grados centígrados (0 °C) se define como el equivalente a 273,15 K, con una diferencia de temperatura de 1 °C equivalente a una diferencia de 1 K, es decir, el tamaño de la unidad en cada escala es la misma. Esto significa que 100 °C, definido como el punto de ebullición del agua, se define como el equivalente a 373,15 K.

La escala Celsius es un sistema de intervalos pero no un sistema de proporciones, lo que significa que sigue una escala relativa y no una escala absoluta. Esto se puede ver porque el intervalo de temperatura entre 20 °C y 30 C es el mismo que entre 30 °C y 40 °C, pero 40 °C no tiene el doble de energía de calor del aire que 20 °C.

Una diferencia de temperatura de 1 °C es el equivalente de una diferencia de temperatura de 1,8 °F.

ESCALA KELVIN

El kelvin (antes llamado grado Kelvin),1 simbolizado como K, es la unidad de temperatura de la escala creada por William Thomson, Lord Kelvin, en el año 1848, sobre la base del grado Celsius, estableciendo el punto cero en el cero absoluto (−273,15 °C) y conservando la misma dimensión. Lord Kelvin, a sus 24 años introdujo la escala de temperatura termodinámica, y la unidad fue nombrada en su honor.

Es una de las unidades del Sistema Internacional de Unidades y corresponde a una fracción de 1/273,16 partes de la temperatura del punto triple del agua.2 Se representa con la letra K. Actualmente, su nombre es kelvin.

Coincidiendo el incremento en un grado Celsius con el de un kelvin, su importancia radica en el 0 de la escala: la temperatura de 0 K es denominada ‘cero absoluto’ y corresponde al punto en el que las moléculas y átomos de un sistema tienen la mínima energía térmica posible. Ningún sistema macroscópico puede tener una temperatura inferior. A la temperatura medida en kelvin se le llama «temperatura absoluta», y es la escala de temperaturas que se usa en ciencia, especialmente en trabajos de física o química.

Dado que 0 K corresponden a -273,15 °C, se puede hallar una fórmula de conversión, entre la escala Celsius y la escala Kelvin, de la siguiente forma:

TK = TC + 273.15 C·

ESCALA FAHRENHEIT

La escala Fahrenheit, llamada así en honor al físico Daniel Gabriel Fahrenheit, fue utilizada en la mayoría de los países de habla Inglesa, hasta la década de 1970, cuando la mayoría de los países cambiaron a la escala Celsius. Al escribir una temperatura en la escala Fahrenheit, el valor del número es seguido generalmente por un signo de grado y la letra «F». Esta escala cuenta con un punto de ebullición del agua de 212 F y un punto de congelación del agua de 32 F. El cero absoluto tiene un valor de -459,67 F. El único punto en la escala de temperatura Fahrenheit y Celsius a la que Fahrenheit y Celsius se igualan entre sí es en el -40 F y, por lo tanto, es también -40 C. La conversión de una temperatura de Fahrenheit a Celsius requiere restar 32 del número de grados Fahrenheit, luego ese número debe dividirse por 9/5 o 1,8.

ESCALA RANKINE

Rankine es una escala termodinámica, es decir, el cero absoluto es igual a cero. Los grados de Rankine, sin embargo, son iguales en tamaño a los de la escala Fahrenheit. Se utiliza principalmente en la ingeniería; la escala fue nombrada en honor al ingeniero y físico William John Macquorn Rankine. La escala por lo general se indica con un símbolo de grados y la letra «R» después del valor numérico. La escala tiene un punto de ebullición del agua de 671,67 R y un punto de congelación del agua de 491,67 R.

El grado Rankine tiene su punto de cero absoluto a −459,67 °F, y los intervalos de grado son idénticos al intervalo de grado Fahrenheit.

R = F + 459,67
F = R – 459,67

Es una escala de temperaturas muy utilizada en los EE.UU, y es semejante a la escala Kelvin. Al igual que esta, presenta un cero en el cero absoluto, por lo que también es una “escala absoluta”, con la diferencia de que los intervalos de grado son idénticos al intervalo de grado Fahrenheit.

TR = 9/5 TK = 1.8 Tk
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