Caracteristicas de las escalas de temperatura

Caracteristicas de las escalas de temperatura

Unidad de temperatura

La temperatura (/ˈtɛmpərətʃər/ tem-per-uh-cher[1]) es una magnitud física que expresa el calor y el frío. Es la manifestación de la energía térmica, presente en toda la materia, que es el origen de la aparición del calor, un flujo de energía, cuando un cuerpo está en contacto con otro más frío o más caliente.

La temperatura se mide con un termómetro. Los termómetros están calibrados en varias escalas de temperatura que históricamente han utilizado diversos puntos de referencia y sustancias termométricas para su definición. Las escalas más comunes son la escala Celsius (antes llamada centígrada, denotada como °C), la escala Fahrenheit (denotada como °F) y la escala Kelvin (denotada como K), la última de las cuales se utiliza predominantemente con fines científicos por las convenciones del Sistema Internacional de Unidades (SI).

La temperatura mínima teórica es el cero absoluto, a partir del cual no se puede extraer más energía térmica de un cuerpo. Experimentalmente, sólo puede aproximarse mucho (100 pK), pero no alcanzarse, lo que se reconoce en la tercera ley de la termodinámica.

¿por qué hay diferentes escalas de temperatura?

Cualquier propiedad física que dependa de forma constante y reproducible de la temperatura puede servir de base para un termómetro. Por ejemplo, el volumen aumenta con la temperatura en la mayoría de las sustancias. Esta propiedad es la base del termómetro de alcohol común y de los termómetros de mercurio originales. Otras propiedades utilizadas para medir la temperatura son la resistencia eléctrica, el color y la emisión de radiación infrarroja (Figura \(\PageIndex{1}\)).

Figura \N(\PageIndex{1}): Dado que muchas propiedades físicas dependen de la temperatura, la variedad de termómetros es notable. (a) En este tipo común de termómetro, el alcohol, que contiene un colorante rojo, se expande más rápidamente que el vidrio que lo recubre. Cuando la temperatura del termómetro aumenta, el líquido del bulbo es forzado a entrar en el tubo estrecho, produciendo un gran cambio en la longitud de la columna para un pequeño cambio de temperatura. (b) Cada uno de los seis cuadrados de este termómetro de plástico (cristal líquido) contiene una película de un material de cristal líquido sensible al calor diferente. Por debajo de \ (95^oF\), los seis cuadrados son negros. Cuando el termómetro de plástico se expone a una temperatura de \(95^oF\), el primer cuadrado de cristal líquido cambia de color. Cuando la temperatura supera los \ (96,8^oF\), el segundo cuadrado de cristal líquido también cambia de color, y así sucesivamente. (c) Un bombero utiliza un pirómetro para comprobar la temperatura del sistema de ventilación de un portaaviones. El pirómetro mide la radiación infrarroja (cuya emisión varía con la temperatura) de la ventilación y produce rápidamente una lectura de la temperatura. Los termómetros de infrarrojos también se utilizan con frecuencia para medir la temperatura corporal colocándolos suavemente en el canal auditivo. Estos termómetros son más precisos que los termómetros de alcohol que se colocan bajo la lengua o en la axila. (crédito b: modificación del trabajo de Tess Watson; crédito c: modificación del trabajo de Lamel J. Hinton)

Escala de rankine

La medición de la temperatura es un concepto relativamente nuevo. Los primeros científicos entendían la diferencia entre «caliente» y «frío», pero no tenían ningún método para cuantificar los distintos grados de calor hasta el siglo XVII. En 1597, el astrónomo italiano Galileo Galilei inventó un sencillo termoscopio de agua, un dispositivo que consistía en un largo tubo de cristal invertido en un frasco sellado que contenía aire y agua. Cuando el frasco se calentaba, el aire se expandía y empujaba el líquido hacia el tubo. El nivel del agua en el tubo podía compararse a diferentes temperaturas para mostrar los cambios relativos a medida que se añadía o quitaba calor. Sin embargo, el termoscopio carecía de una forma fácil de cuantificar directamente la temperatura.

Varios años después, el médico e inventor italiano Santorio Santorio mejoró el diseño de Galileo añadiendo una escala numérica al termoscopio. Estos primeros termoscopios condujeron al desarrollo de los termómetros llenos de líquido que se utilizan hoy en día. Los termómetros modernos funcionan gracias a la tendencia de algunos fluidos a expandirse cuando se calientan. A medida que el fluido del interior de un termómetro absorbe calor, se expande, ocupando un mayor volumen y obligando a aumentar el nivel del fluido dentro del tubo. Cuando el fluido se enfría, se contrae, ocupando un volumen menor y haciendo que el nivel del fluido descienda. La temperatura es una medida de la cantidad de energía térmica que posee un objeto (para más información sobre este concepto, consulte nuestro módulo de Energía). Dado que la temperatura es una medida relativa, es necesario utilizar escalas basadas en puntos de referencia para medir con precisión la temperatura. Existen tres escalas principales que se utilizan hoy en día en el mundo para medir la temperatura: la escala Fahrenheit (°F), la escala Celsius (°C) y la escala Kelvin (K). Cada una de estas escalas utiliza un conjunto diferente de divisiones basadas en distintos puntos de referencia, como se describe en detalle a continuación.

Escala de temperatura de rankine

La escala de temperatura es una metodología de calibración de la magnitud física temperatura en metrología. Las escalas empíricas miden la temperatura en relación con parámetros convenientes y estables, como el punto de congelación y ebullición del agua. La temperatura absoluta se basa en principios termodinámicos, utilizando la temperatura más baja posible como punto cero y seleccionando una unidad incremental conveniente.

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La ley zeroth de la termodinámica describe el equilibrio térmico entre sistemas termodinámicos en forma de una relación de equivalencia. En consecuencia, todos los sistemas térmicos pueden dividirse en un conjunto cociente, denotado como M. Si el conjunto M tiene la cardinalidad de c, entonces se puede construir una función inyectiva ƒ  M → R , mediante la cual cada sistema térmico tiene asociado un parámetro tal que cuando dos sistemas térmicos tienen el mismo valor de ese parámetro, están en equilibrio térmico. Este parámetro es la propiedad de la temperatura. La forma específica de asignar valores numéricos a la temperatura es establecer una escala de temperatura[1][2][3] En términos prácticos, una escala de temperatura se basa siempre en, por lo general, una única propiedad física de un sistema termodinámico simple, llamado termómetro, que define una función de escala para asignar la temperatura al parámetro termométrico medible. Estas escalas de temperatura que se basan exclusivamente en la medición se denominan escalas de temperatura empíricas.

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