Ciencias naturales básicas



Escalas de temperatura: Celsius, Kelvin y Fahrenheit

A finales del siglo XVIII, existían unas 35 escalas de temperatura. La primera escala de 100 grados, fue propuesta por Anders Celsius. Esta escala llegó a ser escogida, en congresos internacionales, como la escala patrón que debía ser adoptada para cualquier actividad en todos los países del mundo. Hasta la aparición de la escala Kelvin.

La temperatura de un cuerpo, es la propiedad que se relaciona con el hecho de que un cuerpo esté “más caliente” o “más frío” que otro. Para hacer más cuantitativa esta propiedad y facilitar su medida, se construyeron los termómetros y con ellos, llegaron las escalas de temperatura.

Principales escalas de temperatura

Escala Celsius

Pasos para construir un termómetro: tome un tubo de vidrio resistente al calor que sea delgado y con un extremo cerrado. Coloque dentro de él, una pequeña cantidad de mercurio puro. Coloque el tubo con el mercurio dentro de un recipiente con hielo y espere hasta que el mercurio se contraiga lo más posible. Marque el nivel donde quedó el metal. Esta marca equivale a cero grados. Después de eso, coloque el tubo dentro de agua hirviendo y espere que el metal se dilate al máximo. Marque el nivel donde quedó el metal. Esta marca equivale a cien grados. Para terminar, divida la distancia entre las dos marcas en cien partes iguales. Cada espacio equivale a un grado.

Estas instrucciones, posiblemente serian recomendadas por Celsius, para construir un termómetro como el construido por él y cuya escala se conoce como escala centígrada (℃). En este termómetro, cero grados equivalen al punto de fusión del hielo y cien grados, equivalen al punto de ebullición del agua.

Escala Kelvin

Otra escala de temperatura importante es la escala Kelvin (°K), pensada para trabajar con un rango más amplio de temperaturas. La idea de proponer esta escala surgió de las discusiones relacionadas con las temperaturas máximas y mínimas que puede alcanzar un cuerpo. Se comprobó que, teóricamente, no hay un límite superior para la temperatura que puede alcanzar un objeto. Sin embargo, si existe un límite natural cuando se intenta bajar la temperatura. Los estudios realizados en los grandes laboratorios de diversos países, ponen de manifiesto que es imposible obtener una temperatura inferior a — 273°C. Esta temperatura se denomina cero absoluto. En realidad, el cero absoluto es una temperatura límite que no se puede alcanzar, y por ello sólo se han obtenido valores muy próximos a ella.

Escala Fahrenheit

La escala Fahrenheit (℉) es la más utilizada en los estados unidos. Fahrenheit empleó como valor cero de su escala la temperatura de una mezcla de agua y sal a partes iguales, y los valores de congelación y ebullición del agua quedaron fijados en 32 y 212 respectivamente. Él dividió este espacio en 180 partes. La figura 1, muestra la relación entre las tres escalas.

Escalas de temperatura
Figura 1. Relación entre los puntos de ebullición y fusión del agua, en las tres escalas de temperatura.

Conversiones en las escalas de temperatura:

Las conversiones se hacen con base en las fórmulas de las escalas de temperatura:

\begin{eqnarray} ^{\circ}C&=&^{\circ}K-273\\ ^{\circ}C&=&{9\over 5}(^{\circ}F-32)\\ ^{\circ}K&=&^{\circ}C+273\\ ^{\circ}K&=&{5\over9}(^{\circ}F-32)+273\\ ^{\circ}F&=&{9\over5}(^{\circ}C+32)\\ ^{\circ}F&=&{9\over5}(^{\circ}K-273) \end{eqnarray}

Ejemplo

Representar 15 °F en °K

La fórmula adecuada es:

\[^{\circ}K={5\over9}(^{\circ}F-32)+273\]

porque la respuesta debe darse en 0K y la información es en 0F.

Lo primero, es reemplazar los valores.

\[^{\circ}K={5\over9}(15-32)+273\]

Luego se realizan las operaciones:

\begin{eqnarray} ^{\circ}K&=&{5\over9}(-17)+273\\ ^{\circ}K&=&{-85\over9}+273\\ ^{\circ}K&=&-9.44+273\\ ^{\circ}K&=&263.56 \end{eqnarray}

Recuerde que primero se realizan las operaciones situadas dentro del paréntesis. Posteriormente, se realizan multiplicaciones y divisiones (multiplicar por 5 y dividir entre 9). Finalmente, se suma la cantidad fuera del paréntesis (+273).

La respuesta es: 15 0F equivalen a 263.56 0K.

Taller de lectura

  1. ¿Cuál fue la primera escala de 100 grados y por qué llegó a ser importante?
  2. ¿Cómo se define la temperatura de un cuerpo?
  3. ¿Para qué se construyeron los termómetros?
  4. ¿Por qué surgió la escala Kelvin y qué es el cero absoluto?
  5. Completar la siguiente tabla:
  1. Dibuje el esquema que relaciona las tres escalas de temperatura
  2. ¿Cuál es el metal que contiene un termómetro?
  3. Realice las siguientes conversiones aplicando las fórmulas escritas arriba:
    1. 114℃ a grados °K
    2. 5891°K a grados ℃
    3. 255℉ a grados ℃
    4. 12℃ a grados ℉
    5. 711℉ a grados °K
    6. 17°K a grados ℉