Escalas de temperatura

La temperatura es un parámetro físico que indica qué tan caliente o frío está algo. Se requiere especialmente para el cálculo de la energía cinética promedio de las partículas en un artículo. Esta es una forma de energía que está relacionada con el movimiento. Pero, ¿cómo puede alguien saber cuánto calor hace y cuánto frío hace? Las frases “ caliente ” y “ frío ” no son de naturaleza científica. Al describir qué tan caliente o frío es algo, debemos mencionar la temperatura. Usar la temperatura en lugar de las frases caliente o frío puede ayudar a aclarar cualquier malentendido. Comprendamos la temperatura y las diferentes escalas para medirla en este artículo.

¿Qué es la temperatura?

El calor o frialdad de un cuerpo se conoce como su temperatura . Es un método para estimar la energía cinética de las partículas dentro de un cuerpo. 

Cuanto más rápido viajan las partículas, mayor es la temperatura y viceversa. La temperatura es vital en muchas ramas de la ciencia, desde la física hasta la geología, y también es importante en muchas partes de nuestra vida diaria.

La temperatura se mide usando termómetros usando escalas bien definidas. Fahrenheit, Celsius y Kelvin son las tres escalas de temperatura más frecuentes. Identificar dos temperaturas consistentes produce escalas de temperatura. A menudo se aplican temperaturas de congelación y ebullición del agua a la presión atmosférica ordinaria.

Termómetro

El termómetro basado en la expansión de un líquido, el termómetro de mercurio en vidrio, se inventó en el siglo XVII. En ese momento se usaban escalas completamente arbitrarias para que las lecturas de dos termómetros tuvieran una gran disparidad. Sin embargo, este problema se eliminó cuando se idearon escalas comunes de temperatura en la primera mitad del siglo XVIII. 

Un termómetro puede basarse en cualquier atributo físico que se vea afectado de manera constante y reproducible por la temperatura. Para la mayoría de las sustancias, por ejemplo, el volumen aumenta con la temperatura. Esta característica sirve como base para el termómetro de alcohol ordinario, así como para los primeros termómetros de mercurio.

Al definir las escalas de temperatura comunes, se utilizan dos temperaturas convenientemente reproducibles, llamadas puntos fijos :

• El punto fijo superior es la temperatura del vapor de agua que hierve bajo una presión externa de 76 cm de Hg al nivel del mar y 45° de latitud (bajo presión atmosférica normal).
• El punto fijo inferior es la temperatura del hielo puro que se derrite bajo una presión externa de 76 cm de Hg al nivel del mar y 45° de latitud (bajo presión atmosférica normal). 
• La escala centígrada fue introducida por primera vez por Anders Celsius. Por eso también se llama escala Celsius , en la que el punto fijo inferior se elige como 0 °C y el punto fijo superior como 100 °C. Esta escala es de uso común en la mayoría de los países. 
• Hay otra escala importante de temperatura. Se llama la escala Fahrenheit y fue presentada por Gabriel Daniel Fahrenheit. En esta escala, el punto fijo inferior se elige como 32 °F y el punto fijo superior se elige como 212 °F. 
• El intervalo entre las marcas de puntos fijos en un termómetro se llama intervalo fundamental . Se divide en 100 espacios iguales para la escala Celsius Fahrenheit dividido en 100 espacios iguales para la escala Celsius, o 180 para la escala Fahrenheit, para dar los grados individuales. Por encima y por debajo de los puntos fijos, la escala puede ampliarse marcando grados del mismo tamaño.

Escalas de temperatura

La temperatura se mide usando termómetros usando escalas bien definidas. Hay varias técnicas para convertir temperaturas. El agua tiene un punto de congelación de 273,15 K y un punto de ebullición de 373,15 K en la escala Kelvin. El agua tiene un punto de congelación de 32 °F y una temperatura de ebullición de 212 °F en la escala Fahrenheit.

Hay principalmente tres escalas de temperatura comúnmente utilizadas:

1. Escala Celsius: La escala de temperatura Celsius, comúnmente conocida como escala de temperatura centígrada, se basa en cero para el punto de congelación del agua y cien para el punto de ebullición del agua. Fue inventada en 1742 por el astrónomo sueco Anders Celsius y se conoce comúnmente como la escala centígrada debido al rango de 100 grados entre los puntos de referencia.
2. Escala Fahrenheit: El punto de fusión del hielo es de 32 grados Fahrenheit en la escala de temperatura Fahrenheit. El agua tiene un punto de ebullición de 212 grados Fahrenheit y la brecha entre los dos se divide en 180 partes iguales. Cada división equivale a un grado. La temperatura del cero absoluto en Fahrenheit es 459,7 grados Fahrenheit.
3. Escala Kelvin: En el Sistema Internacional de Medida (SI), la escala de temperatura Kelvin es la unidad base de la medición de temperatura termodinámica. Se define como 1/273,16 del punto triple del agua pura (equilibrio entre las fases sólida, líquida y gaseosa). Una escala de temperatura absoluta que lleva el nombre de William Thomson, Baron Kelvin, un científico británico.

La siguiente tabla representa los puntos fijos inferior y superior junto con su intervalo fundamental y símbolos para cada tipo de escala de temperatura: 

	Escala	Punto fijo inferior	Punto fijo superior	Intervalo fundamental	Símbolo
1.	Celsius	0	100	100	k
2.	Kelvin	273	373	100	ºC
3.	Fahrenheit	32	212	180	°F

En consecuencia, tres conversiones de temperatura principales o relación entre cada escala, como Conversión entre:

• Kelvin a Celsius 

Tanto la escala Kelvin como la Celsius tienen un intervalo fundamental de 100 grados.

Por lo tanto,

100 divisiones en la escala Kelvin = 100 divisiones en la escala Celsius

1 división en la escala Kelvin = 1 división en la escala Celsius

Esto implica,

1°C = 1 K 

Ahora, el punto fijo inferior en la escala Kelvin es 273 °C, por lo que si una temperatura desconocida lee T _K en la escala Kelvin, entonces para esta lectura el hilo de mercurio se ha movido (T _K – 273 °C) divisiones desde el punto fijo inferior. En la escala Celsius, el punto fijo inferior es 0 °C, por lo que si la misma temperatura lee t _°C en esta escala, entonces esta lectura corresponde a un movimiento de t divisiones del hilo de mercurio desde el punto fijo inferior. Como 1 división en ambas escalas son iguales, entonces

TK – ₂₇₃ °C = t _°C

TK = 273 °C+ t _{° C}

Por lo tanto, la lectura de temperatura en la escala Kelvin puede obtenerse sumando 273 a la de la escala Celsius.

• Celsius a Fahrenheit o Fahrenheit a Celsius

El intervalo fundamental en la escala Celsius es de 100 divisiones y el de la escala Fahrenheit es de 180 divisiones.

Por lo tanto,

180 divisiones en la escala Fahrenheit = 100 divisiones en la escala Celsius

1 división en la escala Fahrenheit = (5/9) divisiones en la escala Celsius.

1 división en la escala Celsius = (9/5) divisiones en la escala Fahrenheit.

Así, 1 °C = (9/5) °F o. 1 °F = (5/9) °C

Supongamos que una temperatura desconocida lee C y F en las escalas Celsius y Fahrenheit respectivamente. Ahora bien, la lectura F corresponde al movimiento de (F-32) divisiones del hilo de mercurio desde el punto fijo inferior que es de 32°C. De manera similar, la lectura C corresponde a un movimiento de divisiones C desde el punto fijo inferior que en este caso es 0°C.

(F-32) divisiones en la escala Fahrenheit=C divisiones en la escala Celsius. ……(1)

1 división en la escala Fahrenheit = (5/9) divisiones en la escala Celsius.

(F-32) divisiones en la escala Fahrenheit = (5/9)(F-32) divisiones en la escala Celsius. ……(2)

De las ecuaciones (1) y (2),

C = (5/9) × (F-32)

(C/5) = [(F-32) / 9]

• Kelvin, Celsius y Fahrenheit

Si una temperatura desconocida indica K, C y F en las escalas Kelvin, Celsius y Fahrenheit respectivamente,

Ya que se sabe que:

C = K – 273 y (C / 5) = [(F – 32) / 9]

Por lo tanto,

C / 5 = (F – 32) / 9 = (K – 273) / 5

Problemas de muestra

Problema 1: Mercurio se congela a -39 °C y hierve a 357 °C en la atmósfera: presión. Conviértalo a temperaturas Fahrenheit. 

Solución: 

Tenemos, (C/5)=[(F-32)/9]

A _C1 = -39°C 

O (-39/5)=(F-32)/9

O -351=(5F-160)

Entonces, F=-38.5°

A C2 ₌ 357°C 

O (357/5)=(F-32)/9

O 3213=(5F-160)

Entonces, F = 674.6° F

Problema 2: La temperatura del hielo seco a presión normal -109 °F. ¿Es esto más caliente o más frío que la temperatura del etano en ebullición, que está a -88 °C?

Solución:

A F=-109°F

Tenemos, (C/5)=[(F-32)/9]

O (C/5)=[(-109-32)/9]

  C=-78.3°C

La temperatura del hielo seco es mayor que la del etano hirviendo.

Entonces, el hielo seco es más caliente .

Problema 3: ¿A qué temperatura el termómetro centígrado leerá el doble que el termómetro Fahrenheit?   

Solución:

Sea x la temperatura en el termómetro Fahrenheit y 2x en el termómetro Centígrados

Tenemos, (C/5) = [(F-32)/9]

(2x/5) = [(x-32) / 9]

18x = 5x -160

13x = -160

x = -12,3

La temperatura requerida es -12.3°F o -24.6°C .

Problema 4: dos termómetros, uno con lectura en Celsius y otro en Fahrenheit, se sumergieron sucesivamente en dos baños. En ambos casos, se encontró que la diferencia en las lecturas entre los dos termómetros era de 20. Si los baños estaban a diferentes temperaturas, encuentre sus temperaturas en la escala Celsius.

Solución: 

Sean las temperaturas de los baños en la escala Celsius X°C y Y°C. En la escala Fahrenheit, la temperatura del primer baño es (X+20)°F y la del segundo baño evidentemente (Y-20)°F.

Tenemos, (C/5) = [(F-32) / 9]

primer baño, 

(X/5) = (X+20-32) / 9

9X = 5X-60

X = -15°C.

segundo baño,

(A/5) = (A-20-32) / 9

9Y = 5Y-260

Y=   -65°C.

Problema 5: ¿Cuáles son los puntos fijos inferior y superior de un termómetro?

Solución: 

Punto fijo superior: El punto fijo superior es la temperatura del vapor de agua que hierve bajo una presión externa de 76 cm de Hg al nivel del mar y 45° de latitud (bajo presión atmosférica normal).

Punto fijo inferior: El punto fijo inferior es la temperatura del hielo puro que se derrite bajo una presión externa de 76 cm de Hg al nivel del mar y 45° de latitud (bajo presión atmosférica normal).