Calor y temperatura entre los diferentes cuerpos – Calor y Temperatura.

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Temperatura

Para entender lo que es la temperatura, recordemos que la materia está compuesta por átomos y moléculas que se mueven continuamente y cuando se aceleran los átomos y moléculas pasan a un nivel de energía diferente, que es la energía cinética. Esta energía se relaciona con una propiedad que permite saber qué tan caliente o frío se encuentra una persona u objeto. Cuando aumenta la energía cinética de los átomos o moléculas, las cosas aumentan su temperatura.

La magnitud que nos permite identificar qué tan caliente o frío está un objeto o cuerpo es la temperatura, la cual es uno de los parámetros que describe el estado de un sistema. La temperatura es una propiedad que no depende de la cantidad de materia, por lo tanto es una propiedad de intensidad.

La temperatura es una magnitud física que nos indica qué tan caliente o frío se encuentra un cuerpo o sustancia.

Escalas termométricas

Existen cuatro escalas térmicas principales que a continuación estudiaremos:

  1. Celsius = °C
  2. Fahrenheit = °F
  3. Kelvin = °K
  4. Rankine = °R

1. Anders Celsius (1701–1744)

Fue un astrónomo suizo que inventó la escala centígrada en 1742. Celsius escogió el punto de fusión del hielo y el punto de ebullición del agua como sus dos temperaturas de referencia para dar con un método simple y consistente de un termómetro de calibración. Celsius dividió la diferencia en la temperatura entre el punto de congelamiento y de ebullición del agua en 100 grados (de ahí el nombre centi, que quiere decir cien, y grado). Después de la muerte de Celsius, la escala centígrada fue  llamada escala Celsius y el punto de congelamiento del agua se fjó en 0žC y el punto de ebullición del agua en 100 ºC.                                                                                                     

Un problema práctico de cualquier termómetro es su rango limitado de temperaturas. Por ejemplo, como el mercurio se congela a -39 ºC, para asegurarse de medir temperaturas menores que estas, se usan los termómetros de alcohol, que se congela a –130 ºC.

2. En los países anglosajones se pueden encontrar aún termómetros graduados en grado Fahrenheit (ºF). Daniel Gabriel Fahrenheit (1686–1736)

Físico nacido en Polonia. Inventó el termómetro de alcohol en 1709 y el termómetro de mercurio en 1714. La escala de temperatura Fahrenheit fue desarrollada en 1724. Fahrenheit originalmente estableció una escala en la que la temperatura de una mezcla de hieloaguasal estaba fijada a 0 grados. La temperatura de una mezcla de hielo-agua (sin sal) estaba fijada a 30 grados y la temperatura del cuerpo humano a 96 grados. La escala Fahrenheit es comúnmente usada en Estados Unidos.

La escala Fahrenheit difiere de la Celsius tanto en los valores asignados a los puntos fijos, como en el tamaño de los grados. Así al primer punto fijo se le atribuye el valor 32 (fusión del agua) y al segundo el valor 212 (ebullición del agua). El rango de 100 grados en la  escala Celsius corresponde a un rango de 180 grados en la escala Fahrenheit, por lo tanto, las relacionaremos como sigue:

Y como el cero Celsius corresponde a 32 en la escala Fahrenheit:

°C = 5/9 (°F – 32)

Para pasar de °F a °C, se emplearía la ecuación:

°F = 9/5 (°C + 32)

Donde F representa la temperatura expresada en grados Fahrenheit y C expresada en grados Celsius o centígrados.

3. La escala Kelvin

preferida por los científicos y aceptada por el Sistema Internacional de Unidades, fue creada en 1848 por el físico inglés William Thomson, Lord Kelvin, la cual se construye con base en la energía y no toma como referencia la ebullición o la congelación del agua. El número cero se asocia con la temperatura más baja posible y se liga con el estado en el que una sustancia no tiene absolutamente nada de energía cinética (cero absolutos); como la energía cinética no puede ser negativa, esta escala no tiene números negativos.

Las unidades en la escala Kelvin son de la misma equivalencia que las unidades de la escala Celsius y se simbolizan con la letra K. La temperatura de fusión del hielo es de 273.15 K, de tal forma que cero grados Kelvin corresponden a −273.15 °C. La relación entre la escala Celsius y la escala Kelvin es:

K = °C + 273.15                             

Para pasar de Kelvin a Celsius:

 °C = K – 273.15

4. La escala Rankine

Inventada por el físico e ingeniero escocés William Rankine en 1859, y se define midiendo en grados Fahrenheit sobre el cero absoluto. En esta escala tampoco se introducen valores negativos de temperatura, por lo que a ambas se consideran escalas de temperatura absoluta. El grado Rankine tiene su punto de cero absoluto a -459,67 °F y los intervalos de grado son idénticos al intervalo de grado Fahrenheit. Se obtienen con la siguiente fórmula:

R = F + 459.67

Fórmulas

1. Convertir de Celsius a Fahrenheit:

°F = 9/5 (°C + 32).

2. Convertir de Fahrenheit a Celsius:

°C = 5/9 (°F – 32).

3. Convertir de Celsius a Kelvin:

°K = °C + 273.15

4. Convertir de Kelvin a Celsius:

°C = °K – 273.15

5. Convertir de Fahrenheit a Kelvin:

°K = 5/9 (°F – 32) + 273.15

6. Convertir de Kelvin a Fahrenheit:

°F = 9/5 (°K – 273.15) + 32

7. Convertir de Fahrenheit a Rankine:

°R = °F + 459.67

Calor

En muchas ocasiones sentimos que está haciendo demasiado calor y pensamos que deberíamos ir a nadar o a comprar un helado, pero ¿sabemos qué es el calor? Cuando dos cuerpos que están a diferentes temperaturas se ponen en contacto entre sí, hay una transferencia de energía del objeto más caliente al más frío, y no a la inversa, hasta alcanzar el equilibrio que se produce cuando ambos cuerpos tienen la misma temperatura. Se transfiere de tal forma que después de cierto tiempo alcanzan una misma temperatura, a este fenómeno se le llama equilibrio térmico.

El calor es la transferencia de energía de un cuerpo a otro debido a que hay una diferencia de temperatura entre ambos.

El calor involucra una transferencia de energía interna de un lugar a otro. La energía interna (U) es la energía asociada con los átomos y moléculas del cuerpo. La energía interna incluye a la energía cinética y potencial, asociadas con los movimientos de translación, rotación y vibratorios que se presentan de manera aleatoria por las partículas que forman al cuerpo y cualquier energía potencial que genere enlaces manteniendo a las partículas unidas.

Bibliografía

  • Harita, Alfonso Bernardo. (2018). FISICA II Colegio de Bachilleres del Estado de Sonora, Segunda Edición. Hermosillo, Sonora, México. Impreso en México. (Copyright© 2012).
  • Llamas Casoluengo, Luz del Carmen. FISICA II Telebachillerato Comunitario. Ciudad de México. Impreso en México. D.R. Secretaría de Educación Pública, 2015 ©.
Kendor Emmanuel O´Shelly Parada

Kendor Emmanuel O´Shelly Parada

Ingeniero en Geociencias, Docente