Temperatura

Cuando visitamos nuestra cafetería preferida y pedimos un café podemos percatarnos que está caliente, o si por ejemplo pedimos un té helado podemos sentir que está frío. Existe, pues, una noción cualitativa de la temperatura, a esto nos referimos con que la podemos sentir. Sin embargo sentirla no nos sirve, tenemos que expresar esta sensación como una forma física, a la cual podemos medir.

Comencemos identificando la definición de Temperatura, ‘‘Es una medida de mayor o menor agitación de las moléculas o átomos que forman un cuerpo’’.

La temperatura indica la energía de las partículas de un cuerpo. Dos o más cuerpos están en equilibrio térmico si tienen la misma temperatura.

El instrumento que se utiliza para medir la temperatura es el termómetro, el cual tiene escalas termométricas, el termómetro que nosotros conocemos o al menos con el que más nos familiarizamos es el que utilizamos para saber cuánta fiebre tenemos, este es un tubo de vidrio con un liquido dentro y un bulbo en un extremo, el cual, al contacto con el cuerpo, ocasiona que el liquido se dilate, si está caliente, o en su defecto, que se contraiga, pero este no es el único tipo de termómetro que existe, estos dependen de lo que se va a medir. La mayoría de los termómetros es de contacto pero hoy en día ya se han inventado algunos que, con rayos infrarrojos, funcionan a una pequeña distancia del objeto al cual se le medirá la temperatura.

Pero ¿De qué manera podemos expresar la medida de la temperatura de un cuerpo?

Galileo desarrolló el primero instrumento para medir la temperatura, fue refinado y calibrado por científicos subsiguientes.

Medir la temperatura es relativamente un concepto nuevo. Los primeros científicos entendían la diferencia entre 'frío' y 'caliente', pero no tenían un método para cuantificar los diferentes grados de calor hasta el siglo XVII. En 1597, el astrónomo Italiano Galileo Galilei inventó un simple termoscopio de agua, un artificio que consiste en un largo tubo de cristal invertido en una jarra sellada que contenía agua y aire. Cuando la jarra era calentada, el aire se expandía y empujaba hacia arriba el líquido en el tubo. El nivel del agua en el tubo podía ser comparado a diferentes temperaturas para mostrar los cambios relativos cuando se añadía o se retiraba calor, pero el termoscopio no permitía cuantificar la temperatura fácilmente.

Varios años después, el físico e inventor Italiano Santorio Santorio mejoró el diseño de Galileo añadiendo una escala numérica al termoscopio. Estos primeros termoscopios dieron paso al desarrollo de los termómetros llenos de líquido comúnmente usados hoy en día.

La temperatura es la medida de la cantidad de energía de un objeto. Ya que la temperatura es una medida relativa, las escalas que se basan en puntos de referencia deben ser usadas para medir la temperatura con precisión. Hay tres escalas comúnmente usadas actualmente para medir la temperatura: la escala Fahrenheit (°F), la escala Celsius (°C), y la escala Kelvin (K). Cada una de estas escalas usa una serie de divisiones basadas en diferentes puntos de referencia tal como se describe enseguida.

Anders Celsius (1701-1744)

Anders Celsius (1701-1744) fue un astrónomo suizo que inventó la escala centígrada en 1742. Celsius escogió el punto de fusión del hielo y el punto de ebullición del agua como sus dos temperaturas de referencia para dar con un método simple y consistente de un termómetro de calibración. Celsius dividió la diferencia en la temperatura entre el punto de congelamiento y de ebullición del agua en 100 grados (de ahí el nombre centi, que quiere decir cien, y grado). Después de la muerte de Celsius, la escala centígrada fue llamada escala Celsius y el punto de congelamiento del agua se fijo en 0°C y el punto de ebullición del agua en 100°C. La escala Celsius toma precedencia sobre la escala Fahrenheit en la investigación científica porque es más compatible con el formato basado en los decimales del Sistema Internacional (SI) del sistema métrico. Además, la escala de temperatura Celsius es comúnmente usada en la mayoría de países en el mundo.

Daniel Fahrenheit

Daniel Gabriel Fahrenheit (1686-1736) fue un físico alemán que inventó el termómetro de alcohol en 1709 y el termómetro de mercurio en 1714. La escala de temperatura Fahrenheit (F) fue desarrollada en 1724. Originalmente, Fahrenheit estableció una escala en la que la temperatura de una mezcla de hielo-agua-sal estaba fijada a 0 grados. La temperatura de una mezcla de hielo-agua (sin sal) estaba fijada a 30 grados y la temperatura del cuerpo humano a 96 grados. Usando esta escala, Fahrenheit midió la temperatura del agua hirviendo a 212°F en su propia escala. Más tarde, Fahrenheit ajustó el punto de congelamiento del agua de 30°F a 32°F, haciendo que el intervalo entre el punto de ebullición y el de congelamiento del agua fuera de 180. Hoy en día, la escala Fahrenheit sigue siendo comúnmente usada en Estados Unidos.

William Kelvin

La tercera escala para medir la temperatura es comúnmente llamada Kelvin (K). Lord William Kelvin (1824-1907) fue un físico Escosés que inventó la escala en 1854. La escala Kelvin está basada en la idea del cero absoluto, la temperatura teórica en la que todo el movimiento molecular se para y no se puede detectar ninguna energía. En teoría, el punto cero de la escala Kelvin es la temperatura más baja que existe en el universo: -273.15ºC. La escala Kelvin usa la misma unidad de división que la escala Celsius. Sin embargo vuelve a colocar el punto zero en el cero absoluto: -273.15ºC. Es así que el punto de congelamiento del agua es 273.15 Kelvins (las graduaciones son llamadas Kelvins en la escala y no usa ni el término grado ni el símbolo º) y 373.15 K es el punto de ebullición del agua. La escala Kelvin, como la escala Celsius, es una unidad de medida estándar del SI, usada comúnmente en las medidas científicas. Puesto que no hay números negativos en la escala Kelvin (porque teóricamente nada puede ser más frío que el cero absoluto), es muy conveniente usar la escala Kelvin en la investigación científica cuando se mide temperatura extremadamente baja.

Equivalencias entre las escalas Termométricas

Para poder convertir el valor de una temperatura en un sistema a otro debemos tomar en cuenta los siguientes puntos: Sabemos que en los ºC existen 100 divisiones entre la temperatura de congelación y la temperatura  de ebullición del agua, al igual que en la de kelvin, sin embargo los valores son distintos, la relación entre ambos sistemas es la siguiente:

Proporción planteada:

C / 100  =  (F-32) / 180

De la proporción despejamos C y luego F, y así tendremos las dos fórmulas:

Pasajes entre Celsius y Kelvin

C = K - 273

K = C + 273.

Sin embargo la divisiones en la escala de Fahrenheit, a diferencia de las dos anteriores tiene 180 divisiones (212ºF-32ºF=180ºF). Gracias a estos datos podemos escribir la relación:

TºC/100 = TºF-32/180           o          TºC/5 = TºF-32/9

Donde:

TºC es la temperatura en grados Celsius

TºF es grados Fahrenheit

De esta última expresión podemos despejar:

ºF a ºC:

ºC= (TºF-32) 5/9 = (TºF-32) 0.55

ºC a ºF:

ºF= (TºC+32) 9/5 = 1.8 (TºC) + 32

De	Hacia Fahrenheit	Hacia Celsius	Hacia Kelvin
ºF	F	ºC= (TºF-32) 5/9 = (TºF-32) 0.55	K=(TºF-32) 0.55 + 273.15
ºC	ºF= (TºC+32) 9/5 = 1.8 (TºC) + 32	C	ºC + 273.15
K	(K-273.15)*9/5+32	K - 273.15	K