Temperatura

Temperatura

La concepción común de calor y frío ha evolucionado hacia el concepto de temperatura. De hecho, hoy en día es muy común utilizar termómetros para conocer la temperatura de las cosas a nuestro alrededor.

Sin embargo, ¿sabes realmente qué significa dicho concepto? La buena noticia es que estamos aquí para aclarar tus dudas y mostrarte qué significa temperatura. También las escalas que se usan para medirla, e incluso averiguar su relación con el equilibrio térmico.

¿Qué es la temperatura?

La definición de temperatura dice lo siguiente:

La temperatura es una medida de qué tan caliente o frío está algo; más específicamente, es una medida de la energía cinética promedio de las partículas en un objeto.

Pero cuando se trata de frío y calor, ¿qué tan caliente es el calor y qué tan frío es el congelamiento? Los términos “caliente” y “frío” no son realmente científicos. La palabra temperatura, es la que debemos usar si realmente queremos indicar qué tan caliente o frío está algo. Por ejemplo, ¿Qué tan caliente está el asfalto?

En otras palabras, el sentido de lo que es caliente o frío es subjetivo. Por ejemplo, coloca una mano en agua caliente y la otra en agua fría. Luego coloca ambas manos en agua tibia. Te darás cuenta que el agua tibia se sentirá fría en la mano que estuvo en agua caliente, y se sentirá tibia en la mano que estuvo en agua fría.

Por lo tanto, tus sentidos del calor y el frío son menos vagos que el concepto científico de temperatura. Además, usar la temperatura en lugar de frases como frío o caliente, ayuda a evitar malentendidos.

También es importante tener en cuenta que la definición operativa de temperatura es lo que podemos medir con un termómetro. De hecho, muchas cantidades físicas se definen completamente por sus métodos de medición.

Un termómetro puede estar hecho de cualquier atributo físico que se vea afectado por la temperatura y tenga una respuesta repetible a esta médica. Debido a que este concepto afecta tantos atributos físicos, los termómetros vienen en una amplia gama de formas y tamaños. Para la mayoría de las sustancias, por ejemplo, el volumen aumenta a medida que aumenta la temperatura.

Definición de temperatura

Escalas de medición de la temperatura

Como sabemos, los termómetros se usan para medir la temperatura. Para ello se emplean escalas de medición con puntos de referencia predefinidos para ayudar en la comparación. Fahrenheit, Celsius y Kelvin son las tres escalas de temperatura más frecuentes. La identificación de dos temperaturas fácilmente reproducibles se puede utilizar para establecer una escala de medición. Además, habitualmente se utilizan temperaturas del agua de congelación y ebullición a presión atmosférica normal.

El agua tiene un punto de congelación de 0°C y un punto de ebullición de 100°C en la escala Celsius. El grado Celsius (°C) es su unidad de medida. Por su parte, el agua tiene un punto de congelación de 32 grados Fahrenheit y una temperatura de ebullición de 212 grados Fahrenheit, usando la escala Fahrenheit. Dicha escala se utiliza ampliamente en países como los Estados Unidos.

El grado Fahrenheit (°F) es la unidad de temperatura en dicha escala. En este punto vale la pena señalar que una diferencia de temperatura de un grado Celsius, es mayor que un grado Fahrenheit. Es decir, solo 100 grados Celsius corresponden a 180 grados Fahrenheit, por lo que un grado en la escala Celsius es 1.8 veces mayor que un grado en la escala Fahrenheit.

Por lo que respecta a la escala Kelvin es una escala de medición que se usa regularmente en la ciencia. Es una escala absoluta con 0 K en cero absoluto, o la temperatura más fría imaginable. El kelvin, abreviado K, es la unidad de temperatura oficial en esta escala. A diferencia de las otras dos, esta unidad no va acompañada de un signo de grado.

A continuación hablemos un poco más a detalle de cada una de estas escalas de medición.

escalas de temperatura

Celsius

La escala Celsius, comúnmente conocida como escala centígrada, es una escala de temperatura que comienza en 0° y termina en 100°. Anders Celsius, un físico, astrónomo e ingeniero sueco, fue el primero en introducir y nombrar la escala Celsius. Originalmente se utilizaba 0° para representar el punto de ebullición del agua, y 100° para representar el punto de congelación del agua. Sin embargo, la medida de congelación del agua se invirtió a 0° y el punto de ebullición del agua se invirtió a 100°. Esta versión de la escala Celsius terminó siendo la más popular.

Se cree que el punto triple del agua oceánica media estándar de Viena, así como el concepto de cero absoluto, han influido en la escala Celsius en la actualidad. Esto significa que ni el punto de ebullición, ni de fusión del agua se utilizan para definir la escala Celsius contemporánea.

Cuando se trata de entornos prácticos, las discrepancias entre la definición formal de la escala Celsius y la definición moderna, pueden considerarse insignificantes. De hecho, el cálculo de las escalas actuales del punto de ebullición del agua difiere solo en 16,1 milikelvins, de la estimación de las escalas originales.

Fahrenheit

Tanto las escalas Celsius como Fahrenheit se basan en el número de pasos entre los puntos de congelación y ebullición del agua a presión atmosférica estándar. Entre estos puntos, la escala Celsius tiene 100 unidades y la escala Fahrenheit tiene 180 unidades, y cada unidad representa 1° C o 1° F, respectivamente. Los puntos cero de las escalas se eligen al azar.

En este caso, la escala Fahrenheit se basa en dos puntos:

  • La temperatura de una solución de salmuera formada a partir de partes iguales de hielo y sal se designa como el punto de medición inferior, 0°F.
  • Por su parte, la temperatura promedio del cuerpo humano fue definida en 96 grados Fahrenheit, 2.6° Fahrenheit menos que la cifra moderna debido a una modificación posterior de la escala.

La diferencia de altura entre los dos puntos se dividiría en 180 divisiones, y cada división representaría 1° Fahrenheit. La escala ahora se define comúnmente por dos puntos fijos: 32 °F es la temperatura a la que el agua se congela en hielo y 212° F es la temperatura a la que hierve el agua.

Kelvin

La tercera regla de la termodinámica se utiliza para definir la escala de medición Kelvin, que es una escala de temperatura absoluta. Además, las temperaturas registradas en Kelvin no tienen grados debido a que se trata de una escala absoluta. Otro detalle interesante tiene que ver con el cero absoluto.

Este es el punto en la escala Kelvin donde las partículas tienen la energía cinética más baja y no pueden enfriarse mucho más. La diferencia entre el cero absoluto y el punto triple del agua es 1 en 273,16 partes de una unidad, un grado en otras escalas. Este es el mismo tamaño que un grado en Celsius.

En 1848, William Thomson, posteriormente conocido como Lord Kelvin, publicó On an Absolute Thermometric Scale. Explicó la necesidad de una escala de temperatura con un punto nulo de cero absoluto, que calculó en –273°C. El punto de congelación del agua se utilizó para definir la escala Celsius en ese momento.

Temperatura y equilibrio térmico

El equilibrio térmico es un tema fundamental en la temperatura. Para entenderlo, debemos considerar lo siguiente:

Dos objetos están en equilibrio térmico si están muy cerca uno del otro. Esto permite que uno obtenga energía del otro sin transferir energía neta.

Están en equilibrio térmico incluso cuando no están en contacto si no se transmite energía neta entre ellos cuando se ponen en contacto. Cuando dos elementos están en contacto durante un período prolongado de tiempo, generalmente llegan a un estado de equilibrio. Dicho de otra manera, cuando se encuentran equilibrio térmico, dos objetos no intercambian energía.

Por lo tanto, si el elemento A está en equilibrio con el objeto B, y el objeto B está en equilibrio con el objeto C, entonces el objeto A está en equilibrio con el objeto C. básicamente, el equilibrio térmico es una situación en la que dos sustancias en contacto físico no tienen diferencia en la temperatura corporal.

Es decir, los objetos tienen la misma temperatura o están separados por una barrera permeable que evita la transmisión de calor entre ellos. En este caso, las leyes de la termodinámica en física y mecánica están relacionadas principalmente con el equilibrio térmico.

¿Qué es el equilibrio térmico?

La Ley cero de termodinámica

Es un hecho bien conocido que cuando muchas cosas entran en contacto entre sí, tienden a transferir energía térmica entre ellas. El objeto de alta temperatura transfiere calor al objeto de temperatura fría. Los objetos en equilibrio térmico alcanzan la misma temperatura o una medida constante de esta manera.

Sin embargo, la ley cero de la termodinámica gobierna el equilibrio térmico. Si el primer objeto está en equilibrio térmico con el segundo objeto y el segundo objeto está en equilibrio térmico con el tercer objeto, el primero y el tercer objeto estarán igualmente en equilibrio térmico. Todo ello de acuerdo con la Ley cero de la Termodinámica.

Puedes consultar nuestro artículo sobre equilibrio térmico para conocer más acerca de la historia de la termodinámica. Incluso te mostramos varios ejemplos del equilibrio termal.

Fuentes:

https://es.wikipedia.org/

https://www.grc.nasa.gov/www/k-12/rocket/thermo0.html

https://www.school-for-champions.com/science/temperature_scales.htm

https://physics.info/temperature/