Definición de Termometría (Escalas de Temperatura)
Licenciado en Física
La termometría es la ciencia de medir cuánto calor o frío tiene un medio, basada en escalas de temperatura, que consisten en rangos de valores, a partir de referencias conocidas que son fáciles de reproducir y de identificar. Generalmente, se utilizan las temperaturas a las cuales el agua sufre cambios en su estado de agregación. Se trabaja en la mayoría de los casos sobre grados Celsius, Fahrenheit o Kelvin. En lo cotidiano, por ejemplo, ayuda a entender y controlar la temperatura en diferentes situaciones, como en la meteorología para saber el clima, en medicina para revisar si una persona tiene fiebre, o en la preparación de comidas.
Si alguna vez has usado un termómetro para medir la temperatura de algo o incluso tu propia temperatura corporal te habrás percatado que al hacer esto obtienes un valor numérico seguido de un símbolo que indica la escala de temperatura a la cual corresponde. Estas escalas son la base para medir temperaturas en nuestra vida cotidiana, en la industria y en el quehacer científico.
Escala Celsius
La escala Celsius es quizá la escala de temperatura más utilizada en el mundo y con la que la mayoría de nosotros estamos familiarizados. Esta escala fue propuesta por Anders Celsius en 1742. La escala Celsius se base en el punto de fusión del agua, es decir, temperatura a la cual el agua cambia de estado sólido a líquido, y también toma en cuenta el punto de ebullición, que es la temperatura a la cual el agua cambia de estado líquido a gaseoso.
Inicialmente, Anders Celsius propuso fijar el punto de fusión del agua con un valor de 100 y el punto de ebullición del agua en el punto 0. Debido a que esta manera de medir la temperatura podía conllevar a confusiones es que hoy en día estos puntos se han invertido en la escala Celsius.
En la escala Celsius actual el punto de fusión del agua se encuentra en los 0°C, mientras que el punto de ebullición se sitúa a los 100°C, donde el símbolo “°C” indica que estamos midiendo la temperatura en grados Celsius. La “distancia” que existe entre estos dos puntos se divide en 100 partes iguales, de tal manera que cada “paso” corresponde a 1°C. La escala Celsius puede tener valores positivos y negativos, a estos últimos se les refiere como “grados bajo cero”.
Escala Fahrenheit
La Escala Fahrenheit fue propuesta por Daniel Gabriel Fahrenheit en 1724 y es la escala de temperatura más usada en Estados Unidos y Canadá. Esta escala de temperatura, al igual que la escala Celsius, se define a partir del punto de fusión y del punto de ebullición del agua, sólo con ligeras diferencias con respecto a la escala Celsius.
En la escala Fahrenheit el punto de fusión del agua se sitúa a una temperatura de 32°F, mientras que, el punto de ebullición del agua se fija a una temperatura de 212°F, donde el símbolo “°F” nos indica que estamos midiendo la temperatura con esta escala.
Cómo podemos darnos cuenta, la diferencia numérica que existe entre estos dos puntos es de 180°F, esto en contraste a los 100°C que existen entre estos dos mismos puntos en la escala Celsius. Por lo tanto, 1°F representa un menor cambio de temperatura en comparación con 1°C. Siempre es posible hacer la conversión de una escala de temperatura a otra, en el caso de la escala Celsius y la escala Fahrenheit con lo mencionado hasta el momento podemos decir que:
\(\frac{T_C}{100°C}=\frac{TF-32°F}{180°F}\)
Donde \(T_C\) es la temperatura medida en grados Celsius (°C) y \(T_F\) es la temperatura medida en grados Fahrenheit (°F). Resolviendo la ecuación anterior para \(T_F\) obtenemos:
\(T_F=\frac{180°F}{100°C}T_C+32°F\)
O bien, también podemos reescribir la ecuación anterior como:
\(T_F=\frac{9}{5}T_C+32°F\)
Con esto podemos calcular, por ejemplo, que una temperatura de 36°C equivale a 96.8°F. La ecuación anterior también se puede despejar para realizar la conversión de °F a °C:
\(T_C=\frac{5}{9}T_F-32°F\)
Escala Kelvin
La escala Kelvin, también llamada muchas veces “Escala Absoluta”, es la escala de temperatura más utilizada en el ámbito científico y fue propuesta en 1848 por William Thomson. Esta escala de temperatura se define a partir del cero absoluto, que es la temperatura a la cual los átomos y moléculas carecen de energía térmica para moverse.
En la escala Kelvin, el cero absoluto se fija a 0K, mientras que, el punto de fusión y el punto de ebullición del agua se sitúan a 273.15K y 373.15K, respectivamente. Algo curioso de esta escala de temperatura y lo cual le da su nombre de “Escala Absoluta” es que no tiene valores negativos. Esto ocurre debido a que esta escala parte de la menor temperatura que puede existir en la naturaleza. Además, el “tamaño” de 1K es el mismo que el de 1°C, de tal manera que una diferencia de temperatura de 1K representa lo mismo que una diferencia de 1°C.
Como ocurre con la escala Celsius y la escala Fahrenheit, también podemos hacer conversiones entre estas dos escalas y la escala Kelvin. Primero es fácil darnos cuenta de que la relación entre la escala Celsius y la escala Kelvin es:
\(T_K=T_C+273.15K\)
Donde \(T_K\) es la temperatura medida en grados Kelvin (K). Con esto podemos calcular que una temperatura de 25°C equivale a 298.15K. Para hacer la conversión de °F a K basta con sustituir en la ecuación anterior la relación que existe entre los °C y los °F, de tal manera que:
\(T_K=\frac{5}{9}T_F-32°F+273.15K=59T_F+255.38K\)
De igual manera, podemos hacer la conversión de K a °C y °F simplemente resolviendo las ecuaciones anteriores para T_C y T_F, tal que:
\(T_C=T_K-273.15K\)
\(T_F=\frac{9}{5}\left(T_K-255.38K\right)\)
Trabajo publicado en: Mar., 2024.
Referencias
David Halliday, Robert Resnick & Jearl Walker. (2011). Fundamentals of Physics. United States: John Wiley & Sons, Inc.Escriba un comentario
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