La Temperatura y sus Efectos
Definición y Escalas de Temperatura
Temperatura: Magnitud intensiva (no extensiva), es una propiedad de la materia que se relaciona con el movimiento de las partículas de una sustancia. También mide el grado de agitación de las partículas, es decir, la energía cinética promedio de las mismas.
Escalas de Temperatura
- Escala Celsius (Centígrada): Anders Celsius. Termómetro de mercurio, establece como referencia los puntos de fusión y ebullición del agua.
- Escala Kelvin: William Thomson Kelvin. Escala termodinámica para la temperatura de carácter absoluto. Predice la existencia de una temperatura mínima (las partículas carecen de energía térmica). Cero absoluto: partículas que carecen de movimiento.
- Escala Fahrenheit: Daniel Gabriel Fahrenheit. Escala creada para buscar una sustancia que se congelara a la temperatura más baja posible, encontrando una solución de agua con cloruro de amonio. Asignó 0 al punto de fusión de esta sustancia. Temperatura de fusión y ebullición del agua: 32 °F y 212 °F.
Relaciones entre Escalas
- Relación Celsius-Kelvin: Tk = Tc + 273 o Tc = Tk – 273
- Relación Celsius-Fahrenheit: (9/5)Tc = Tf – 32 o Tc = 5/9(Tf – 32)
Medición de la Temperatura: Termómetros
Termómetros: Un termómetro solo mide su propia temperatura, igualando la temperatura del objeto medido (equilibrio térmico) y observando la temperatura que adquirió. Son dispositivos que miden la temperatura de forma indirecta. Hay termómetros que se basan en la dilatación de algunas sustancias y otros con radiación infrarroja, resistencia eléctrica o presión.
Termoscopio de Galileo
Desventajas: Escala indefinida, el aire es compresible, las medidas varían dependiendo de la presión.
Dilatación y Contracción
La dilatación y contracción dependen de las dimensiones iniciales, la naturaleza del cuerpo y la temperatura inicial del cuerpo. Si el cuerpo o sustancia absorbe calor, se dilata, y si emite calor, se contrae.
Tipos de Dilatación
- Dilatación lineal: Cuerpos cuya dimensión principal es la longitud y al variar su temperatura, la principal dimensión que varía es su longitud. Cambio de longitud = longitud inicial * coeficiente de dilatación * cambio de temperatura.
- Dilatación superficial: La principal dimensión afectada es la superficie. Cambio de superficie = superficie inicial * beta * variación de temperatura (β: 2α).
- Dilatación volumétrica: La variación de temperatura genera una variación en el volumen del cuerpo. Cambio de volumen = volumen inicial * gama (3α) * Variación de temperatura.
Anomalía del Agua
Anomalía del agua: Al pasar de sólido a líquido, el agua disminuye su volumen.
Ventajas de la Anomalía del Agua
- Lagos, ríos y mares se congelan de la superficie hacia abajo.
- El hielo forma una capa de 0 °C aunque la temperatura ambiental esté a -50 o -60 °C.
- El agua que queda al interior alcanza 4 o 5 °C, permitiendo el desarrollo de la vida en dichos ambientes.
- Los animales aprovechan esta propiedad para construir sus casas de hielo.
Consecuencias del Cambio de Temperatura
- Cambios de color: Las partículas de una sustancia, al cambiar la forma como se mueven, cambian la manera en la que se refleja la luz, variando los tonos según la temperatura.
- Cambios en la densidad de la materia: Los electrones, al cambiar de temperatura, cambian su estado de movimiento, provocando un aumento o disminución de la resistencia del material.