ESCALAS
TERMOMÉTRICAS Y SUS FORMULAS:
APRENDÍ DE ESCALAS TERMOMÉTRICAS:
SE TOMAN POR ACUERDO COMO PUNTOS FIJOS EL PUNTO DE FUSIÓN DEL HIELO Y EL
PUNTO DE EBULLICIÓN DEL AGUA. UNA ESCALA TERMOMÉTRICA VENDRÁ DEFINIDA POR LOS
VALORES DE TEMPERATURA ASIGNADOS A LOS DOS PUNTOS, ACEPTANDO UNA VARIACIÓN
LINEAL DE LA MAGNITUD TERMOMÉTRICA CON LA TEMPERATURA.
ESCALA CELSIUS O
CENTIGRADA
EL GRADO CELSIUS, (SÍMBOLO ℃, °C EN TEXTO PLANO),
ES LA UNIDAD CREADA POR ANDERS CELSIUS EN 1742 PARA SU ESCALA DE TEMPERATURA.
EL GRADO CELSIUS PERTENECE AL SISTEMA INTERNACIONAL DE UNIDADES, CON
CARÁCTER DE UNIDAD ACCESORIA, A DIFERENCIA DEL KELVIN QUE ES LA UNIDAD BÁSICA
DE TEMPERATURA EN DICHO SISTEMA.
CELSIUS DEFINIÓ SU ESCALA EN 1742 CONSIDERANDO LAS TEMPERATURAS DE
CONGELACIÓN Y EBULLICIÓN DEL AGUA, ASIGNÁNDOLES ORIGINALMENTE LOS VALORES 100
°C Y 0 °C RESPECTIVAMENTE (DE MANERA QUE MÁS CALIENTE RESULTABA EN UNA MENOR
TEMPERATURA); FUE LINNEO QUIEN INVIRTIÓ AMBOS PUNTOS UN PAR DE AÑOS MÁS TARDE.
EL MÉTODO PROPUESTO, AL IGUAL QUE EL UTILIZADO EN 1724 PARA EL GRADO FAHRENHEIT
Y EL GRADO RØMER DE 1701, TENÍA LA VENTAJA DE BASARSE EN LAS PROPIEDADES
FÍSICAS DE LOS MATERIALES. WILLIAM THOMSON (LUEGO LORD KELVIN) DEFINIÓ EN 1848
SU ESCALA ABSOLUTA DE TEMPERATURA EN TÉRMINOS DEL GRADO CELSIUS. EN LA
ACTUALIDAD EL GRADO CELSIUS SE DEFINE A PARTIR DEL KELVIN DEL SIGUIENTE MODO:
LOS INTERVALOS DE TEMPERATURA EXPRESADOS EN °C Y EN KELVIN TIENEN EL
MISMO VALOR.
LA ESCALA DE CELSIUS ES MUY UTILIZADA PARA EXPRESAR LAS TEMPERATURAS DE
USO COTIDIANO, DESDE LA TEMPERATURA DEL AIRE A LA DE UN SIN FIN DE DISPOSITIVOS
DOMÉSTICOS (HORNOS, FREIDORAS, AGUA CALIENTE, REFRIGERACIÓN, ETC.). TAMBIÉN SE
LA UTILIZA EN TRABAJOS CIENTÍFICOS Y TECNOLÓGICOS, AUNQUE EN MUCHOS CASOS
RESULTA OBLIGADA LA UTILIZACIÓN DE LA ESCALA DE KELVIN.
ESCALA KELVIN
EL KELVIN (ANTES LLAMADO GRADO KELVIN), 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. SE REPRESENTA CON LA LETRA K, Y NUNCA "°K".
ACTUALMENTE, SU NOMBRE NO ES EL DE "GRADOS KELVIN", SINO SIMPLEMENTE
"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.
TAMBIÉN EN ILUMINACIÓN DE VÍDEO Y CINE SE UTILIZAN EL KELVIN COMO
REFERENCIA DE LA TEMPERATURA DE COLOR. CUANDO UN CUERPO NEGRO ES CALENTADO
EMITIRÁ UN TIPO DE LUZ SEGÚN LA TEMPERATURA A LA QUE SE ENCUENTRA. POR EJEMPLO,
1.600 K ES LA TEMPERATURA CORRESPONDIENTE A LA SALIDA O PUESTA DEL SOL. LA
TEMPERATURA DEL COLOR DE UNA LÁMPARA DE FILAMENTO DE TUNGSTENO CORRIENTE ES DE
2.800 K. LA TEMPERATURA DE LA LUZ UTILIZADA EN FOTOGRAFÍA Y ARTES GRÁFICAS ES
5.000 K Y LA DEL SOL AL MEDIODÍA CON CIELO DESPEJADO ES DE 5.200 K. LA LUZ DE
LOS DÍAS NUBLADOS ES MÁS AZUL, Y ES DE MÁS DE 6.000 K.
ESCALA FARENHEIT
EL GRADO FAHRENHEIT (REPRESENTADO COMO °F) ES UNA ESCALA DE TEMPERATURA
PROPUESTA POR DANIEL GABRIEL FAHRENHEIT EN 1714. LA ESCALA ESTABLECE COMO LAS
TEMPERATURAS DE CONGELACIÓN Y EVAPORACIÓN DEL AGUA, 32 °F Y 212 °F,
RESPECTIVAMENTE. EL MÉTODO DE DEFINICIÓN ES SIMILAR AL UTILIZADO PARA EL GRADO
CELSIUS (°C).
CONCEPTOS BÁSICOS:
CALOR
EL CALOR ES LA TRANSFERENCIA DE ENERGÍA ENTRE DIFERENTES CUERPOS O
DIFERENTES ZONAS DE UN MISMO CUERPO QUE SE ENCUENTRAN A DISTINTAS TEMPERATURAS.
ESTE FLUJO SIEMPRE OCURRE DESDE EL CUERPO DE MAYOR TEMPERATURA HACIA EL CUERPO
DE MENOR TEMPERATURA, OCURRIENDO LA TRANSFERENCIA DE CALOR HASTA QUE AMBOS
CUERPOS SE ENCUENTREN EN EQUILIBRIO TÉRMICO (EJEMPLO: UNA BEBIDA FRÍA DEJADA EN
UNA HABITACIÓN SE ENTIBIA).
LA ENERGÍA PUEDE SER TRANSFERIDA POR DIFERENTES MECANISMOS, ENTRE LOS
QUE CABE RESEÑAR LA RADIACIÓN, LA CONDUCCIÓN Y LA CONVECCIÓN, AUNQUE EN LA
MAYORÍA DE LOS PROCESOS REALES TODOS SE ENCUENTRAN PRESENTES EN MAYOR O MENOR
GRADO.
LA ENERGÍA QUE PUEDE INTERCAMBIAR UN CUERPO CON SU ENTORNO DEPENDE DEL
TIPO DE TRANSFORMACIÓN QUE SE EFECTÚE SOBRE ESE CUERPO Y POR TANTO DEPENDE DEL
CAMINO. LOS CUERPOS NO TIENEN CALOR, SINO ENERGÍA INTERNA. EL CALOR ES PARTE DE
DICHA ENERGÍA INTERNA (ENERGÍA CALORÍFICA) TRANSFERIDA DE UN SISTEMA A OTRO, LO
QUE SUCEDE CON LA CONDICIÓN DE QUE ESTÉN A DIFERENTE TEMPERATURA.
LA ENERGÍA EXISTE EN VARIAS FORMAS. EN ESTE CASO NOS ENFOCAMOS EN EL
CALOR, QUE ES LA FORMA DE LA ENERGÍA QUE SE PUEDE TRANSFERIR DE UN SISTEMA A
OTRO COMO RESULTADO DE LA DIFERENCIA DE TEMPERATURA.
ENERGIA
EL TÉRMINO ENERGÍA (DEL GRIEGO ἐΝΈΡΓΕΙΑ/ENERGEIA, ACTIVIDAD, OPERACIÓN;
ἐΝΕΡΓÓΣ/ENERGOS=FUERZA DE ACCIÓN O FUERZA TRABAJANDO) TIENE DIVERSAS ACEPCIONES
Y DEFINICIONES, RELACIONADAS CON LA IDEA DE UNA CAPACIDAD PARA OBRAR,
TRANSFORMAR O PONER EN MOVIMIENTO. EN FÍSICA, «ENERGÍA» SE DEFINE COMO LA
CAPACIDAD PARA REALIZAR UN TRABAJO. EN TECNOLOGÍA Y ECONOMÍA, «ENERGÍA» SE
REFIERE A UN RECURSO NATURAL (INCLUYENDO A SU TECNOLOGÍA ASOCIADA) PARA
EXTRAERLA, TRANSFORMARLA, Y LUEGO DARLE UN USO INDUSTRIAL O ECONÓMICO.
TEMPERATURA
LA TEMPERATURA ES UNA MAGNITUD REFERIDA A LAS NOCIONES COMUNES DE
CALIENTE O FRÍO. POR LO GENERAL, UN OBJETO MÁS "CALIENTE" QUE OTRO
PUEDE CONSIDERARSE QUE TIENE UNA TEMPERATURA MAYOR, Y SI ES FRÍO, SE CONSIDERA
QUE TIENE UNA TEMPERATURA MENOR. 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
SENSIBLE", 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 SENSIBLE 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).
DICHO LO ANTERIOR, SE PUEDE DEFINIR LA TEMPERATURA COMO LA
CUANTIFICACIÓN DE LA ACTIVIDAD MOLECULAR DE LA MATERIA.
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 (ANTES LLAMADA
CENTÍGRADA); Y, EN MUCHA MENOR MEDIDA, Y PRÁCTICAMENTE SÓLO 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 SÓLO EN ALGUNOS CAMPOS DE LA INGENIERÍA.
EQUILIBRIO TÉRMICO
PARA PODER DAR UNA DEFINICIÓN MÁS PRECISA DEL CONCEPTO DE EQUILIBRIO
TÉRMICO DESDE UN PUNTO DE VISTA TERMODINÁMICO ES NECESARIO DEFINIR ALGUNOS
CONCEPTOS.
DOS SISTEMAS QUE ESTÁN EN CONTACTO MECÁNICO DIRECTO O SEPARADOS MEDIANTE
UNA SUPERFICIE QUE PERMITE LA TRANSFERENCIA DE CALOR LO QUE SE CONOCE COMO
SUPERFICIE DIATÉRMICA, SE DICE QUE ESTÁN EN CONTACTO TÉRMICO.
CONSIDEREMOS ENTONCES DOS SISTEMAS EN CONTACTO TÉRMICO, DISPUESTOS DE
TAL FORMA QUE NO PUEDAN MEZCLARSE O REACCIONAR QUÍMICAMENTE. CONSIDEREMOS
ADEMÁS QUE ESTOS SISTEMAS ESTÁN COLOCADOS EN EL INTERIOR DE UN RECINTO DONDE NO
ES POSIBLE QUE INTERCAMBIEN CALOR CON EL EXTERIOR NI EXISTAN ACCIONES DESDE EL
EXTERIOR CAPACES DE EJERCER TRABAJO SOBRE ELLOS. LA EXPERIENCIA INDICA QUE AL
CABO DE UN TIEMPO ESTOS SISTEMAS ALCANZAN UN ESTADO DE EQUILIBRIO TERMODINÁMICO
QUE SE DENOMINARÁ ESTADO DE EQUILIBRIO TÉRMICO RECÍPROCO O SIMPLEMENTE DE
EQUILIBRIO TÉRMICO.
EL CONCEPTO DE EQUILIBRIO TÉRMICO PUEDE EXTENDERSE PARA HABLAR DE UN
SISTEMA O CUERPO EN EQUILIBRIO TÉRMICO. CUANDO DOS PORCIONES CUALES SEAN DE UN
SISTEMA SE ENCUENTRAN EN EQUILIBRIO TÉRMICO SE DICE QUE EL SISTEMA MISMO ESTÁ
EN EQUILIBRIO TÉRMICO O QUE ES TÉRMICAMENTE HOMOGÉNEO.
RELACIÓN ENTRE CALOR Y ENERGIA
EL CALOR REPRESENTA LA CANTIDAD DE ENERGÍA QUE UN CUERPO TRANSFIERE A
OTRO COMO CONSECUENCIA DE UNA DIFERENCIA DE TEMPERATURA ENTRE AMBOS. EL TIPO DE
ENERGÍA QUE SE PONE EN JUEGO EN LOS FENÓMENOS CALORÍFICOS SE DENOMINA ENERGÍA
TÉRMICA. EL CARÁCTER ENERGÉTICO DEL CALOR LLEVA CONSIGO LA POSIBILIDAD DE
TRANSFORMARLO EN TRABAJO MECÁNICO. SIN EMBARGO, LA NATURALEZA IMPONE CIERTAS
LIMITACIONES A ESTE TIPO DE CONVERSIÓN, LO CUAL HACE QUE SÓLO UNA FRACCIÓN DEL
CALOR DISPONIBLE SEA APROVECHABLE EN FORMA DE TRABAJO ÚTIL.
ESCALAS DE CALOR
LAS ESCALAS DE MEDICIÓN DE LA TEMPERATURA SE DIVIDEN FUNDAMENTALMENTE EN
DOS TIPOS, LAS RELATIVAS Y LAS ABSOLUTAS. LOS VALORES QUE PUEDE ADOPTAR LA
TEMPERATURA EN CUALQUIER ESCALA DE MEDICIÓN, NO TIENEN UN NIVEL MÁXIMO, SINO UN
NIVEL MÍNIMO: EL CERO ABSOLUTO. MIENTRAS QUE LAS ESCALAS ABSOLUTAS SE BASAN EN
EL CERO ABSOLUTO, LAS RELATIVAS TIENEN OTRAS FORMAS DE DEFINIRSE.
RELATIVAS
ARTÍCULO PRINCIPAL: UNIDADES DERIVADAS DEL SI
GRADO CELSIUS (°C). PARA ESTABLECER UNA BASE DE MEDIDA DE LA TEMPERATURA
ANDERS CELSIUS UTILIZÓ (EN 1742) LOS PUNTOS DE FUSIÓN Y EBULLICIÓN DEL AGUA. SE
CONSIDERA QUE UNA MEZCLA DE HIELO Y AGUA QUE SE ENCUENTRA EN EQUILIBRIO CON
AIRE SATURADO A 1 ATM ESTÁ EN EL PUNTO DE FUSIÓN. UNA MEZCLA DE AGUA Y VAPOR DE
AGUA (SIN AIRE) EN EQUILIBRIO A 1 ATM DE PRESIÓN SE CONSIDERA QUE ESTÁ EN EL
PUNTO DE EBULLICIÓN. CELSIUS DIVIDIÓ EL INTERVALO DE TEMPERATURA QUE EXISTE
ENTRE ÉSTOS DOS PUNTOS EN 100 PARTES IGUALES A LAS QUE LLAMÓ GRADOS CENTÍGRADOS
°C. SIN EMBARGO, EN 1948 FUERON RENOMBRADOS GRADOS CELSIUS EN SU HONOR; ASÍ
MISMO SE COMENZÓ A UTILIZAR LA LETRA MAYÚSCULA PARA DENOMINARLOS.
EN 1954 LA ESCALA CELSIUS FUE REDEFINIDA EN LA DÉCIMA CONFERENCIA DE
PESOS Y MEDIDAS EN TÉRMINOS DE UN SÓLO PUNTO FIJO Y DE LA TEMPERATURA ABSOLUTA
DEL CERO ABSOLUTO. EL PUNTO ESCOGIDO FUE EL PUNTO TRIPLE DEL AGUA QUE ES EL
ESTADO EN EL QUE LAS TRES FASES DEL AGUA COEXISTEN EN EQUILIBRIO, AL CUAL SE LE
ASIGNÓ UN VALOR DE 0,01 °C. LA MAGNITUD DEL NUEVO GRADO CELSIUS SE DEFINE A
PARTIR DEL CERO ABSOLUTO COMO LA FRACCIÓN 1/273,16 DEL INTERVALO DE TEMPERATURA
ENTRE EL PUNTO TRIPLE DEL AGUA Y EL CERO ABSOLUTO. COMO EN LA NUEVA ESCALA LOS
PUNTOS DE FUSIÓN Y EBULLICIÓN DEL AGUA SON 0,00 °C Y 100,00 °C RESPECTIVAMENTE,
RESULTA IDÉNTICA A LA ESCALA DE LA DEFINICIÓN ANTERIOR, CON LA VENTAJA DE TENER
UNA DEFINICIÓN TERMODINÁMICA.
GRADO FAHRENHEIT (°F). TOMA DIVISIONES ENTRE EL PUNTO DE CONGELACIÓN DE
UNA DISOLUCIÓN DE CLORURO AMÓNICO (A LA QUE LE ASIGNA VALOR CERO) Y LA
TEMPERATURA NORMAL CORPORAL HUMANA (A LA QUE LE ASIGNA VALOR 100). ES UNA
UNIDAD TÍPICAMENTE USADA EN LOS ESTADOS UNIDOS; ERRÓNEAMENTE, SE ASOCIA TAMBIÉN
A OTROS PAÍSES ANGLOSAJONES COMO EL REINO UNIDO O IRLANDA, QUE USAN LA ESCALA
CELSIUS.
GRADO RÉAUMUR (°RÉ, °RE, °R). USADO PARA PROCESOS INDUSTRIALES
ESPECÍFICOS, COMO EL DEL ALMÍBAR.
GRADO RØMER O ROEMER. EN DESUSO.
GRADO NEWTON (°N). EN DESUSO.
GRADO LEIDEN. USADO PARA CALIBRAR INDIRECTAMENTE BAJAS TEMPERATURAS. EN
DESUSO.
GRADO DELISLE (°D) EN DESUSO.
