3.7: Escalas de Temperatura y Temperatura

Figura\(\PageIndex{1}\) (Crédito: Tantien3; Fuente: https://pixabay.com/photos/ice-glacier-hand-nature-water-2438495/(opens en una ventana nueva); Licencia: CC0 (opens in new window)/Public Domain)

Un cubito de hielo en tu mano se siente frío, pero ¿por qué?

Las partículas de materia en un objeto caliente se mueven mucho más rápido que las partículas de materia en un objeto frío. La energía cinética de un objeto es la energía debida al movimiento. Las partículas de materia que componen la estufa caliente tienen una mayor cantidad de energía cinética que las que hay en el cubito de hielo.

Escalas de temperatura y temperatura

La temperatura es una medida de la energía cinética promedio de las partículas en materia. En el uso diario, la temperatura indica una medida de lo caliente o frío que es un objeto. La temperatura es un parámetro importante en la química. Cuando una sustancia cambia de sólida a líquida, es porque hubo un aumento en la temperatura del material. Las reacciones químicas suelen proceder más rápido si se aumenta la temperatura. Muchos materiales inestables (como las enzimas) serán viables por más tiempo a temperaturas más bajas.

Figura\(\PageIndex{2}\): El carbón brillante de la izquierda representa una alta energía cinética, mientras que la nieve y el hielo de la derecha son de energía cinética mucho menor. (Crédito: Carboncillo: Serge Melki; Nieve: Usuario:Haymanj/Wikimedia Commons; Fuente: Carboncillo: http://www.flickr.com/photos/sergemelki/3106924114/(opens en nueva ventana); Nieve: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Snow_Gum1.JPG(opens en nueva ventana); Licencia: Carboncillo: CC-BY 2.0; Nieve: Pública Dominio)

Básculas de Temperatura

Los primeros termómetros fueron de vidrio y contenían alcohol, el cual se expandió y contrajo a medida que cambiaba la temperatura. El científico alemán Daniel Gabriel Fahrenheit utilizó mercurio en el tubo, idea planteada por Ismael Boulliau. La escala Fahrenheit se desarrolló por primera vez en 1724 y se retocó durante algún tiempo después de eso. Los principales problemas de esta escala son las definiciones arbitrarias de temperatura. El punto de congelación del agua se definió como\(32^\text{o} \text{F}\) y el punto de ebullición como\(212^\text{o} \text{F}\). La escala Fahrenheit normalmente no se usa con fines científicos.

Figura\(\PageIndex{3}\): Daniel Gabriel Fahrenheit. (Crédito: Anónimo; Fuente: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Fahrenheit_small.jpg(opens en nueva ventana); Licencia: Dominio público)

La escala Celsius del sistema métrico lleva el nombre del astrónomo sueco Anders Celsius (1701-1744). La escala Celsius establece el punto de congelación y punto de ebullición del agua en\(0^\text{o} \text{C}\) y\(100^\text{o} \text{C}\), respectivamente. La distancia entre esos dos puntos se divide en 100 intervalos iguales, cada uno de los cuales es de un grado. Otro término que a veces se usa para la escala Celsius es “centígrado” porque hay 100 grados entre los puntos de congelación y ebullición del agua en esta escala. Sin embargo, el término preferido es “Celsius”.

Figura\(\PageIndex{4}\): Anders Celsius. (Crédito: Olof Arenius; Fuente: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Anders-Celsius-Head.jpg(opens en nueva ventana); Licencia: Dominio público)

La escala de temperatura Kelvin lleva el nombre del físico y matemático escocés Lord Kelvin (1824-1907). Se basa en el movimiento molecular, siendo la temperatura de\(0 \: \text{K}\), también conocida como cero absoluto, el punto donde cesa todo movimiento molecular. El punto de congelación del agua en la escala Kelvin es\(273.15 \: \text{K}\), mientras que el punto de ebullición es\(373.15 \: \text{K}\). Observe que no hay “grado” utilizado en la designación de temperatura. A diferencia de las escalas Fahrenheit y Celsius, donde las temperaturas se denominan “grados\(\text{F}\)" o\(\text{C}\) “grados “, simplemente designamos temperaturas en la escala Kelvin como kelvin.

Figura\(\PageIndex{5}\): Lord Kelvin. (Crédito: Anónimo; Fuente: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Kelvin-1200-scale1000.jpg(opens en nueva ventana); Licencia: Dominio público)

Como puede verse por la diferencia de 100 kelvin entre los dos, un cambio de un grado en la escala Celsius equivale al cambio de un kelvin en la escala Kelvin. Convertir de una escala a otra es fácil, ya que simplemente suma o resta 273.

Figura\(\PageIndex{6}\): Comparación entre Escalas Kelvin y Celsius de temperatura. (Crédito: Laura Guerin; Fuente: Fundación CK-12; Licencia: CC BY-NC 3.0 (opens in new window))

Simulación

No importa la escala de temperatura que utilice, la temperatura a la que hierve un líquido depende de algunas variables diferentes. Prueba a hervir agua en algunos lugares del mundo para ver a qué nos referimos.

Resumen

• La temperatura es una medida de la energía cinética promedio de las partículas en materia.
• La escala Fahrenheit define el punto de congelación del agua como\(32^\text{o} \text{F}\) y el punto de ebullición como\(212^\text{o} \text{F}\).
• La escala Celsius establece el punto de congelación y punto de ebullición del agua en\(0^\text{o} \text{C}\) y\(100^\text{o} \text{C}\), respectivamente.
• La escala Kelvin se basa en el movimiento molecular, siendo la temperatura\(0 \: \text{K}\) —también conocida como cero absoluto— el punto donde cesa todo movimiento molecular.

Revisar

1. ¿Qué es el cero absoluto en la escala de temperatura Celsius?
2. ¿Cuáles son los puntos de congelación y ebullición del agua en la escala Celsius?
3. Convierte las siguientes temperaturas Kelvin a grados Celsius.
   1. 188 K
   2. 631 K
4. La temperatura en grados Fahrenheit se puede convertir a Celsius restando primero 32, luego dividiendo por 1.8. ¿Cuál es la temperatura Celsius afuera en un día cálido (88°F)?
5. ¿Por qué la escala Celsius a veces se llama “centígrados”?