ESCALAS DE TEMPERATURA
L
os términos caliente o frío no son suficientes para definir la temperatura. Por lo que se debe manejar como una cantidad física, es decir, medirla. Cualquier magnitud que observa cambios con la temperatura es una propiedad térmica. Por ejemplo, el volumen de un líquido, la longitud de una varilla, la resistencia eléctrica de un alambre, la presión de un gas mantenido a volumen constante, el volumen de un gas mantenido a presión constante y el calor del filamento de una lámpara. Cualquiera de estas propiedades pueden usarse en la construcción de un termómetro, es decir, en el establecimiento de una cierta escala “particular” de temperaturas. La primera definida por Daniel Fahrenheit quien escogió como sus dos puntos fijos de temperatura (32oF y 212oF) el frío intenso obtenido artificialmente por una mezcla de agua, hielo y sal-amoníaco y el límite del calor que se encontró en la sangre de una persona sana, y la segunda definida por Anders Celsius quien inició la práctica de referirse a las propiedades físicas de la materia para establecer los puntos fijos de la temperatura. Celsius construyó la escala que lleva su nombre. Dividió el intervalo de temperatura entre la del hielo, cero en la escala Celsius o centígrada (0 oC) y la del punto de ebullición del agua (100oC) a la presión de una atmósfera. La relación que existe entre estas dos escalas, esta dada por el tamaño de sus divisiones; ambas escalas están divididas en 100 partes iguales, una división en la escala Celsius equivale a 1.8 divisiones en la escala Farenheit, (observe la figura). La conversión entre las escalas de temperatura, por lo tanto, se expresa como:
C=
0
(
0
F − 32 1.8
)
0
F = (1.8) ( 0C ) + 32
0
C= Temperatura en grados Celsius (centígrada) F= Temperatura en grados Fahrenheit
0
Si se enfría un gas “ideal”, en el cual se considera que las partículas no tienen volumen y no interactúan entre sí, se pudiera contraer de tal manera que su volumen sería cero a una temperatura de –273 0 C. A esta temperatura toda la energía térmica del gas se habría suspendido y sería imposible reducir aún más su energía térmica. Por lo tanto no puede haber una temperatura inferior a –273 0 C. Esta temperatura se denomina cero absoluto. La escala de temperatura Kelvin está basada en el cero absoluto. En la escala Kelvin, el punto cero (0 K), es el cero absoluto, el punto de congelación del agua (0 0C) es de 273 K y el punto de ebullición (100 0C) es de 373 K. Cada intervalo de esta escala se denomina Kelvin, y es igual a un grado Celsius, por lo tanto:
K= 0C + 273
C= K − 273
o
Una segunda escala absoluta denominada escala Rankine, tiene su punto cero absoluto de 460 oF y los intervalos de grados son idénticos al intervalo de grado Fahrenheit. La relación entre la temperatura en oR y la temperatura correspondiente en oF es: °R= 0F+ 460 Existe una fórmula general para conversión de las cuatro relacionadas de la siguiente manera:
escalas termométricas,
C K − 273 0 F − 32 0 R − 460 = = = 100 100 180 180 0
COMPARACIÓN DE LAS ESCALAS DE TEMPERATURA CELSIUS, FAHRENHEIT, KELVIN Y RANKINE.
EJERCICIOS RESUELTOS 1.Si la temperatura interior de un automóvil con sistema de aire acondicionado es de 10 oC. ¿Cuál será su temperatura en la escala Fahrenheit?
Datos
Fórmulas o
Tc=10 °C TF=?
Desarrollo
F = (1.8) ( 0C ) + 32
0
F = (1.8)(10 ) + 32
T= 50°F 2.-La temperatura de fusión del Bromo es de 19 oF y la de ebullición 140oF. Expresar estas temperaturas en grados Celsius. Datos T = 19°F 1
Fórmulas C=
0
(
0
F − 32 1.8
Desarrollo
)
C=
0
(19 − 32) 1 .8
T = 140°F 2
T1= -7°C C=
0
(140 − 32)
T2= 60°C
1 .8
3.-La temperatura normal del cuerpo humano es de casi 37 oC. Exprese esta temperatura en la escala Kelvin.
Datos T=37oC
Fórmulas K=°C+273
Desarrollo K= 37 + 273 T= 310 K
4.-La temperatura de ebullición del Nitrógeno líquido es de 78 K. ¿Cuál es el valor en oC
Datos T= 78 K
Fórmulas C = K – 273
Desarrollo C = 78 − 273 T = −195 ° C
o
o
5.-
La temperatura de ebullición del agua es de 212°F. ¿Cuál es el valor en °R?. Datos T = 212°F
Fórmulas R = °F+460
0
Desarrollo 0
R = 212+ 460 T = 672°R