Temperatura

La Temperatura es la magnitud física que indica qué tan caliente o fría es una sustancia con respecto a un cuerpo que se toma como referencia. También se define como la medida de la Energía cinética promedio de las moléculas de un sistema o conjunto de elementos.

La Temperatura de un cuerpo o sistema es una característica intensiva, debido a que no depende de la cantidad de materia que haya, ni de su naturaleza, sino del ambiente en donde se encuentre.

Por lo tanto, una olla de acero, una silla de madera y un mantel que se localizan en un mismo cuarto tendrán la misma temperatura.

El sentido del tacto percibe la energía de los objetos que se tocan. Cuando se toca una olla de acero, debido a que el metal es un buen conductor del calor, nuestro cuerpo cede más energía que cuando tocamos una mesa de madera, ya que la madera es un mal conductor del calor. No tomará energía nuestra.

Debido a esto percibimos frio un objeto metálico y templado un objeto de madera. El tacto no siente las temperaturas tal cual, sino pérdidas o ganancias de calor.

La temperatura depende del estado de agitación o movimiento desordenado de las moléculas del cuerpo o sistema, esto es el valor de la energía cinética promedio.

Energía interna de un cuerpo

Aunque un cuerpo se encuentre en reposo, se ha demostrado que tiene actividad interna. A esta actividad interna se le llama energía interna y se define como la suma de las energías cinética y potencial de todas las moléculas individuales que lo constituyen.

Cuando dos objetos con diferentes temperaturas se ponen en contacto se transfiere energía de uno a otro. A este fenómeno en el que se transfiere energía se le llama Calor.

Medición de la Temperatura

El tacto puede ayudar a comparar la temperatura de dos cuerpos. Sin embargo, para medir la temperatura de manera más precisa y objetiva se utiliza un instrumento de medición llamado Termómetro.

Los termómetros hacen uso del principio de equilibrio térmico y además aprovecha otra propiedad de la materia: la dilatación, fenómeno en que las sustancias cambian su volumen cuando cambia su temperatura.

Cada material se dilata de manera distinta, algunos modifican más su volumen que otros al someterse a un cambio de temperatura. Otras sustancias se dilatan uniformemente, su volumen se modifica prácticamente de manera proporcional con el mismo cambio de temperatura.

El alcohol y el mercurio son sustancias que en cierto intervalo de temperatura se dilatan de manera uniforme, y por esta razón son las que se usan habitualmente para construir los termómetros.

La escala de un termómetro de mercurio puede ser de -39°C a 357°C. El termómetro de alcohol se utiliza para medir temperaturas menores de -39°C hasta -130°C, para temperaturas menores se usan los termómetros de tolueno o de éteres de petróleo.  

Escalas de Temperatura

En los inicios del siglo XVIII se utilizaban más de 30 escalas diferentes para medir la temperatura. Actualmente, las más empleadas para este propósito son cuatro: la Celsius o centígrada, la Fahrenheit o americana, la Kelvin o centígrada absoluta, y la Rankine o americana absoluta.

Escala Celsius

En 1742 el científico sueco Andres Celsius planteó la escala termométrica nombrada en su honor. Escogió como puntos de referencia para un termómetro de mercurio la temperatura de fusión del hielo (o congelación del agua) de 0°C y la de ebullición del agua de 100°C a la presión de una atmósfera, es decir, 760mmHg.

Lo que hizo fue dividir su escala en cien partes iguales cada una de 1°C. La escala Celsius se usa, tanto en la vida diaria como en el ámbito científico y el industrial, en casi todo el mundo.

Escala Fahrenheit

Daniel Fahrenheit fue un físico alemán que desarrolló la escala de temperatura que lleva su nombre. Fahrenheit eligió como puntos de referencia las temperaturas de congelación y de evaporación del Cloruro de Amonio en Agua, asignando a la primera el valor de cero, y a la segunda el de 100.

En esta escala, el punto de congelación del Agua es 32°F, y el de ebullición, 212°F. Hay 180 divisiones entre estos dos puntos. La escala Fahrenheit no se usa en México, pero sigue siendo utilizada en Estados Unidos de América y en el Reino Unido.

Escala Kelvin

A la escala de temperatura de Kelvin se le conoce también como Escala de Temperatura Absoluta. Ya que no utiliza un punto de referencia arbitrario. William Thompson Kelvin, también conocido como Lord Kelvin, no determinó la temperatura mínima de su escala a través de una medida experimental, sino a través de cálculos matemáticos que lo llevaron a la conclusión de que no puede existir una temperatura más baja que -273.15°C (-273.15°C = 0K).

En esa temperatura, llamada también Cero Absoluto, la energía cinética de las moléculas de toda sustancia es cero. El tamaño de un grado de la escala Kelvin es igual al de un grado Celsius y el valor de cero grados en la escala de Celsius equivale a 273K (0°C = 273K). Los grados Kelvin son la escala aceptada por el Sistema internacional de Unidades.

Escala Rankine

La Escala Rankine es, por concepto, la Escala Absoluta norteamericana. Es análoga a la Kelvin, así como la Fahrenheit a la Celsius. Casi no se utiliza; sólo es mencionada en libros muy especializados acerca de sistemas intercambiadores de calor.

Su Cero Absoluto se localiza a los -460°F, y el Punto de Fusión del hielo se coloca a 492°F.

Conversión entre escalas de Temperatura

Se pueden convertir las temperaturas de una escala a otra con las siguientes fórmulas:

Para conversión entre °C y °F se emplean las ecuaciones:

°F = 1.8°C + 32

°C = (°F – 32) / 1.8

Para conversión entre °C y K:

°C = K – 273

K = °C + 273

Para conversión entre °F y R:

°F = R – 460

R = °F + 460

Ejemplos de Temperatura

1.- 0°C a K

K = °C + 273

K = 0 + 273

Resultado = 273K

2.- 100°C a K

K = °C + 273

K = 100 + 273

Resultado = 373K

3.- 150°C a K

K = °C + 273

K = 150 + 273

Resultado = 423K

4.- 373K a °C

°C = K – 273

°C = 373 -273

Resultado = 100°C

5.- 403K a °C

°C = K – 273

°C = 403 -273

Resultado = 130°C

6.- 513K a °C

°C = K – 273

°C = 513 – 273

Resultado = 240°C

7.- 32°F a °C

°C = (°F – 32) / 1.8

°C = (32-32) / 1.8

°C = 0 / 1.8

Resultado = 0°C

8.- 67°F a °C

°C = (°F – 32) / 1.8

°C = (67 – 32) / 1.8

°C = 35 / 1.8

Resultado = 19.44°C

9.- 48°C a °F

°F = 1.8°C + 32

°F = 1.8(48) + 32

Resultado = 118.4°F

10.- 60°C a °F

°F = 1.8°C + 32

°F = 1.8(60) + 32

Resultado = 140°F