Temperatura
Mide la concentración de energía y es aquella propiedad
física que permite asegurar si dos o más sistemas están o no en equilibrio
térmico (cuando dos cuerpos están a la misma temperatura), esto quiere decir
que la temperatura es la magnitud física que mide cuan caliente o cuan frío se
encuentra un objeto.
La temperatura se mide en unidades llamadas grados, por
medio de los termómetros, esto se refiere que para medir la temperatura
utilizamos una de las magnitudes que sufre variaciones linealmente a medida que
se altera la temperatura.
Temperatura es el promedio de la energía cinética de las
moléculas de un cuerpo.
 |
| al aplicar calor, sube la temperatura |
Calor
Al aplicar calor, sube la temperatura.
El calor es una cantidad de energía y es una expresión
del movimiento de las moléculas que componen un cuerpo.
Cuando el calor entra en un cuerpo se produce
calentamiento y cuando sale, enfriamiento. Incluso los objetos más fríos poseen
algo de calor porque sus átomos se están moviendo
 |
| misma temperatura, diferente cantidad de calor |
Diferencias
entre calor y temperatura
Todos sabemos que cuando calentamos un objeto su
temperatura aumenta. A menudo pensamos que calor y temperatura son lo mismo.
Sin embargo, esto no es así. El calor y la temperatura están relacionadas entre
sí, pero son conceptos diferentes.
Como ya dijimos, el calor es la energía total del
movimiento molecular en un cuerpo, mientras que la temperatura es la medida de
dicha energía. El calor depende de la velocidad de las partículas, de su
número, de su tamaño y de su tipo. La temperatura no depende del tamaño, ni del
número ni del tipo.
Por ejemplo, si hacemos hervir agua en dos recipientes de
diferente tamaño, la temperatura alcanzada es la misma para los dos, 100° C,
pero el que tiene más agua posee mayor cantidad de calor.
Misma temperatura, distinta cantidad de calor.
El calor es lo que hace que la temperatura aumente o
disminuya. Si añadimos calor, la temperatura aumenta. Si quitamos calor, la
temperatura disminuye.
La temperatura no es energía sino una medida de ella; sin
embargo, el calor sí es energía.
Relación
del calor y la temperatura.
La relación es que la temperatura mide la concentración
de energía o de velocidad promedio de las partículas y el calor energía térmica
en tránsito.
Para una mejor explicación de esta relación lo
mostraremos con un ejemplo: si ponemos un recipiente con agua representa la
cantidad de calor que un cuerpo cede o absorbe en un instante dado, el nivel
que ésta alcanza representa su temperatura. Si la cantidad de agua, sube el
nivel, esto es, si aumenta la cantidad de calor que posee el cuerpo, aumenta
también su temperatura.
Otro ejemplo se nota cuando encendemos un fósforo, se
logra una alta temperatura pero bajo contenido calórico.
Una olla con 10 litros de agua tibia tiene baja
temperatura y un gran contenido calórico.
La temperatura es independiente de la cantidad de
sustancia, el calor en cambio depende de la masa, de la temperatura y del tipo
de sustancia.
 |
| termometro |
Termómetro
Un termómetro es un instrumento que mide la temperatura
de un sistema en forma cuantitativa. Una forma fácil de hacerlo es encontrando
una sustancia que tenga una propiedad que cambie de manera regular con la
temperatura.
Donde t es la temperatura y cambia con la propiedad x de
la sustancia. Las constantes a y b dependen de la sustancia usada y deben ser
evaluadas en dos puntos de temperatura específicos sobre la escala, por
ejemplo, 32° para el punto congelamiento del agua y 212° para el punto de
ebullición.
Después se aclara que este es el rango de una escala ya
conocida como la Fahrenheit.
Por ejemplo, el mercurio es líquido dentro del rango de
temperaturas de menos 38,9° C a 356,7° C (la escala Celsius se discute más
adelante). Como un líquido, el mercurio se expande cuando se calienta, esta
expansión es lineal y puede ser calibrada con exactitud.
Desarrollo de Termómetros y Escalas de Temperaturas.
Uno de los primeros intentos para hacer un estándar de
temperaturas ocurrió alrededor de AD 170, cuando Galeno, en sus notas médicas,
propone un estándar de temperatura "neutral" completando cantidades
iguales para la ebullición del agua y el hielo. Sobre cualquier lado de esta
temperatura tenía cuatro grados de calor y cuatro grados de frío
respectivamente.
Los primeros equipos usados para medir la temperatura
fueron llamados Termoscopios.
Consistían en un bulbo de vidrio que tiene un largo tubo
extendido hacia abajo colocado dentro de un recipiente que contiene agua con
colorante (aunque Galileo en 1610 utilizó vino). Algo del aire contenido dentro
del bulbo se expulsa, por lo cual el líquido se eleva a través del tubo para
tomar su lugar. Como el aire remanente del bulbo se calienta o enfría, el nivel
de líquido en el tubo varia reflejo del cambio de la temperatura del aire.
Colocando una escala grabada sobre el tubo, se puede medir en forma cuantitativa
estas fluctuaciones.
El aire dentro del bulbo es referido como medio
termométrico, siendo aquel medio cuya propiedad cambia con la temperatura.
En 1641 el primer termómetro sellado que usó líquido en
vez de aire como medio termométrico fue desarrollado por Ferdinand II, Gran
Duque de Toscana. Su termómetro usó un equipo sellado en vidrio dentro del cual
había alcohol, con 50 "grados" marcados sobre el tubo pero un
"punto fijo" para el cero de la escala no fue utilizado, Estos fueron
referidos como termómetros de "espíritu".
Robert Hook, párroco de la Sociedad Real, en 1664 usó un
tinte rojo en alcohol. Su escala, para la cual todos los grado representaban un
igual incremento de volumen equivalente alrededor de 1/500 partes del volumen
del líquido del termómetro, necesitó solo un punto fijo. El seleccionó el punto
de congelamiento del agua. Por una escala presentada de esta manera, Hook
presentó que un mismo estándar puede ser establecido para termómetros de
tamaños diferentes. El termómetro original de Hook quedó conocido como un
estándar del Gresham College y fue usado por la Sociedad Real hasta 1709. (El
primer registro meteorológico inteligible usó esta escala).
En 1702, el astrónomo Ole Roemer de Copenhagen basó su
escala en dos puntos fijos: nieve (o hielo comprimido) y el punto de ebullición
del agua, y registró la temperatura diaria en Copenhagen desde 1708 a 1709 con
su termómetro.
Fue en 1724 que Gabriel Fahrenheit usó mercurio como
liquido termométrico. La expansión térmica del mercurio es amplia y suavemente
uniforme, esto permite que no se adhiera al vidrio y permanece líquido ante un
amplio rango de temperaturas. Su apariencia plateada hace que sea fácil de
leer. Fahrenheit describió como calibró la escala de mercurio de su termómetro
de la siguiente manera:
"Colocando el termómetro en una mezcla de sal de
amonio o agua salada, hielo, y agua, un punto sobre la escala pudo ser
encontrado el cual llamó cero. Un segundo punto fue obtenido de la misma
manera, si la mezcla es usada sin sal. Denotando este punto como 30. Un tercer
punto designado como 96 fue obtenido colocando el termómetro en la boca para
adquirir el calor del cuerpo humano." (D.G Fahrenheit, Phil. Trans.
(London) 33, 78, 1724).
Sobre esta escala, Fahrenheit midió el punto de
ebullición del agua obteniendo 21 2. Después adjudicó el punto de congelamiento
del agua a 32 así que el intervalo entre el punto de congelamiento y ebullición
del agua puede ser representado por el número racional 180. Temperaturas
medidas sobre esta escala son designadas como grados Fahrenheit (°F).
En 1745 Carlos Linneo de Upsala, Suecia, describió una
escala en la cual el punto de congelamiento del agua era 100 y el punto de
ebullición cero haciendo esto una escala centígrada. Anders Celsius (1701-1744)
usó la escala al revés en la cual cero representó el punto de congelamiento y
100 el punto de ebullición del agua, manteniendo los 100 grados entre los dos
puntos. En 1948 el término Grado Centígrado fue reemplazado por el de Grados
Celsius. Temperaturas medidas sobre una escala centígrada, con el punto de
congelamiento del agua como cero, son designadas como grados Celsius (°C).
En 1780, J.A. C. Charles, físico francés, presentó que
para un mismo incremento de temperatura, todos los gases tienen el mismo
aumento de volumen. Porque los coeficientes de expansión de los gases son tal
que están muy cerca uno del otro, con esto es posible establecer una escala de
temperatura basada en un solo punto fijo en vez de dos, tal como en la
Fahrenheit o Celsius. Esto nos lleva a termómetro que use gas como medio
termométrico.
En este termómetro de gas a volumen constante el bulbo B
que contiene hidrógeno (por ejemplo) bajo un cierta presión, se conecta con un
manómetro de mercurio por medio de un tubo de volumen muy pequeño. (El bulbo B
es la porción sensible a la temperatura y debe procurarse que todo sea de
mercurio). El nivel de mercurio en C puede adjudicarse al elevarse o no el
nivel en el reservorio R. La presión del hidrógeno la cual es "x"
varía en relación lineal con la temperatura, es la diferencia entre los niveles
D y C más la presión encima de D.
P. Chappuis in 1887 dirigió extensos estudios sobre los
termómetros de gas con presión constante o con volumen constante usando
hidrógeno, nitrógeno y bióxido de carbono como medios termométricos. Basado en
estos resultados, el Comité Internacional de Pesos y Medidas adoptó la escala
de hidrógeno a volumen constante tomando como puntos fijos el punto de hielo
(0° C) y de vapor (100° C) como escala práctica para la meteorología
internacional.
Experimentos con termómetros de gas han divulgado que es
muy pequeña la diferencia en la lectura de temperaturas utilizando diferentes
gases. Así es posible, fijar una escala de temperatura que sea independiente
del medio termométrico si este es un gas a baja presión. En este caso, todos
los gases se comportan como un gas ideal.
Esta temperatura es llamada temperatura termodinámica y
es aceptada en la actualidad como medida fundamental de temperatura. Note que
hay una definición natural del cero en esta escala; es el punto donde la
presión del gas ideal se hace cero, por lo tanto la temperatura es cero. La
discusión sobre el cero absoluto se hará posteriormente. En 1933, El Comité
Internacional de Pesos y Medidas adoptó como punto fijo el punto triple del
agua, (la temperatura a la cual el agua el hielo, agua líquido y vapor
coexisten en equilibrio), este valor es 273,16, la unidad de temperatura de
esta escala fue llamada Kelvin, por Lord Kelvin (Williams Thompson) 1824-1907,
y su símbolo es K. (no utiliza grados).
Temperatura Termodinámica es la temperatura fundamental,
su unidad es el Kelvin la cual se define como una fracción de 1/273.16 de la
temperatura termodinámica del punto triple del agua.
Sir William Siemens en 1871 propuso un termómetro donde
medio termométrico es un conductor metálico cuya resistencia cambia con la
temperatura. El platino no se oxida a altas temperaturas y tiene un cambio
relativamente uniforme con la temperatura en un amplio rango. El termómetro de
resistencia de platino es ampliamente usado como termómetro termoeléctrico y
cubre un rango de temperaturas que va desde -260° C a 1235° C.
Algunas temperaturas fueron adoptadas como Referencias
Primarias tal como las definió la Escala Internacional de Temperaturas
Prácticas en 1968. La Escala de Internacional de Temperaturas en 1990 adoptó
por el Comité Internacional de Pesos y Medidas los siguientes estándares
mantenidos desde 1989. Entre 0.65K y 5.0 K, la temperatura se definió en
términos de la presión de vapor (relación de temperaturas del isótopo de
Helio). Entre 3.0 K y el punto triple del Neón (24.5561 K) la temperatura se
definió por medio de un termómetro de gas (Helio). Entre el punto triple del
hidrógeno (13.8033 K) y el punto de congelamiento de la plata (961.78).
La temperatura se definió por medio de termómetros de
resistencia de platino. Por encima del (C°) punto de congelamiento de la plata
la temperatura se definió en términos de la Ley de Radiación de Planck.
T.J. Seebeck en 1826 descubrió que cuando alambres de
diferentes metales son fusionados en un terminal y calentados, fluye corriente
de uno a otro. La fuerza electromotriz generada puede ser cuantitativamente
relacionada con la temperatura y así el sistema puede ser usado como
termómetro, conocido como termocouple. La termocouple es usada en la industria
y diferentes metales son usados: níquel / aluminio y platino / platino-rodio,
por ejemplo. El Instituto Nacional de Estándares y Tecnologías (NIST) mantiene
bases de datos para estandarizar termómetros.
Para las medidas a muy bajas temperaturas, la
susceptibilidad magnética de una sustancia paramagnética es usada como una
cantidad física termométrica. Para algunas sustancias, la susceptibilidad
magnética varía inversamente con la temperatura. Cristales como (cerrous
magnesium nitrate y chromic potassum alum) han sido usados para medir
temperaturas por debajo de 0.05 K; estos cristales son calibrados en un rango
de helio líquido.
Termómetros
usados en la actualidad:
 |
| Termómetro de líquido |
 |
| Termómetro bimetálico |
 |
| Termómetro de gas |
 |
| Termómetro de resistencia |
 |
Termistor |
 |
| Termómetro diferencial |
Distintas
Escalas de Temperatura
Las escalas de temperatura fueron desarrolladas por los
científicos con el propósito de comunicar y comparar sus resultados. Las dos más
utilizadas son las Celsius y Kelvin pero también hay otras como:
Escala
Centígrada:
Se le asigna el valor cero (0) a la temperatura de fusión
del agua a presión normal y a 45º de latitud. El intervalo entre dichas
temperaturas se divide en 100 partes, cada una de las cuales recibe el nombre
de grado centígrado o grado Celsius (ºC ). Las temperaturas inferiores a la de
fusión del agua resultan negativas en esta escala.
Escala
Fahrenheit:
Se le da el valor de 32 a la temperatura de fusión del
agua y el valor de 212 a la de ebullición del agua. El intervalo de dichas
temperaturas se divide en 180 partes, cada una de las cuales se denomina grado
Fahrenheit (ºF).
La escala centígrada se usa preferentemente en trabajos
científicos y en los países latinos. La escala Fahrenheit es más usada
popularmente en los E.E.U.U. y en Inglaterra. La escala réaumur se emplea
exclusivamente en los países escandinavos. La experimentación y los
razonamientos teóricos han indicado que no es posible lograr temperaturas
inferiores a cierta temperatura mínima que recibe el nombre de cero absoluto. A
esta temperatura la energía de las moléculas de los cuerpos tiene su menor
valor posible. El cero absoluto corresponde en la escala centígrada a una
temperatura de -273.16 ºC, usualmente se toma el valor de -273 ºC. Por esta y
otras razones, Lord Kelvin (Sir William Thompson) propuso medir las temperaturas
negativas o "bajo cero".
Escala
Kelvin:
Es la escala absoluta cuyo cero coincide con el cero
absoluto y cuyos grados tienen el mismo valor que los grados centígrados. En
esta escala el cero absoluto corresponde a 0 ºK, la temperatura de fusión del
agua corresponde a 273 ºK y la de ebullición del agua corresponde a 373ºK. La
escala absoluta de Kelvin se utiliza mucho en la ciencia.
Escala
Rankin:
Es la escala absoluta correspondiente al Fahrenheit,
donde el punto cero corresponde a -459.7 ºF
FÓRMULAS
PARA PASAR DE UNA ESCALA A OTRA
K = ºC – 273
ºC = º K + 273
ºF = 1.8 ºC + 32
ºC = (ºF – 32) / 1.8
ACTIVIDAD
INSTRUCCIONES: Resuelva los siguientes ejercicios
1.- Realice las siguientes conversiones de temperatura.
25 1 F = ________ ° C
-15 o C = ________ ° F
312 1 R = ________ K
-325 1 K = ________ R
2.- Determine los siguientes cambios de temperatura en
las escalas Celsius, Fahrenheit, Rankin y Kelvin.
-17C= ________
150° F= ________
270 K= ________
310 R = ________
Links:
cuyo cero coincide con el cero absoluto y cuyos grados tienen el mismo valor que los grados centígrados. En esta escala el cero absoluto corresponde a 0 ºK, la temperatura de fusión del agua corresponde a 273 ºK y la de ebullición del agua corresponde a 373ºK. La esc https://wikitree.es/quienes-eran-los-fariseos/
ResponderEliminar