Temperatura

La temperatura (°T) nos indica cuán frío o caliente se encuentra un cuerpo. Los conceptos de frío y caliente son subjetivos, ya que hay factores externos que cambian nuestra apreciación.

Al tocar un cuerpo, se siente la agitación de las partículas, las cuales a mayor °T presentan mayor agitación.

Cuando se le entrega energía a un cuerpo, esta se acumula en forma de energía cinética, lo que aumenta el estado de movimiento de las partículas.

La °T es una medida de comparación entre los distintos estados de agitación de las partículas.

Dado que la °T depende del movimiento de las partículas, podemos definir la °T como la medida de la energía cinética molecular interna media de una sustancia.

Calor

El calor es energía y su unidad de medida es el Joule (J).

Anomalía del Agua

Normalmente, al pasar un líquido a un sólido, aumenta la densidad. El agua, al congelarse, aumenta su volumen. Esto ocurre porque al disminuir la °T del hielo, este se dilata, disminuyendo su densidad.

Si el agua se encuentra a 100 °C y disminuye su °T, comienza a contraerse. Esto ocurre hasta los 4 °C. A partir de este valor, si la °T sigue disminuyendo, el agua comienza a dilatarse, aumentando su volumen hasta llegar a los 0 °C. Por el contrario, cuando el agua aumenta su °T de los 0 a los 4 °C, se contrae.

Esto se conoce como anomalía del agua y se debe a la geometría molecular del agua, que cambia su ordenamiento al disminuir la °T.

Termómetros

• Termómetro de vidrio: Tubo de vidrio sellado que contiene un líquido en su interior (mercurio o alcohol). Estos se dilatan al aumentar la °T. Al estar graduado, el termómetro indica la °T correspondiente.
• Termómetro bimetálico: Son dos metales con distintos coeficientes de dilatación. Al aumentar la °T, la barra metálica varía de longitud, curvándose, lo que permite medir la °T.
• Termómetro a gas: Ocurre dilatación térmica. Se aplica el comportamiento de los gases ideales: al tener presión y volumen constante, se determina la °T.
• Termómetro digital: Una de las propiedades que cambia con la °T es la resistencia eléctrica, la cual modifica la corriente que pasa por el circuito. En estos termómetros, un circuito eléctrico registra estas variaciones y, mediante un chip, se muestra en una pantalla digital numéricamente el valor de la °T.

Escalas Termométricas

• Escala Celsius

  Es la que comúnmente utilizamos para medir la °T corporal y ambiental. Creada en 1742 por el físico y astrónomo sueco Anders Celsius (1701-1744).

  Los puntos de referencia utilizados en la creación de esta escala fueron los puntos de fusión y ebullición del agua. Celsius asignó el valor 100 al punto de fusión del hielo y el 0 al de ebullición del agua, ambos a 1 atm de presión. Posteriormente, estos puntos se reasignaron, punto de fusión –> 0 y ebullición –> 100. Como es una escala lineal, se fijan estos dos puntos y luego se realizan 100 divisiones de igual tamaño.

• Escala Fahrenheit

  En algunos países, como EE. UU., se utiliza preferentemente esta escala, creada por el filósofo alemán Daniel Gabriel Fahrenheit (1686-1736). Los puntos de referencia que utilizó para crear esta escala son diferentes a los de Celsius. Fahrenheit, buscando una sustancia que se congelara a la °T más baja posible, utilizó una solución de agua con cloruro de amonio, asignando al 0 como punto de congelación de la sustancia y como segundo punto el 96 a la °T del cuerpo humano. Posteriormente, este valor se cambió para relacionar la escala Celsius y Fahrenheit mediante números enteros. Finalmente, la °T de congelación del agua (0 °C) es de 32 °F y la °T de ebullición del agua (100 °C) es de 212 °F.

• Escala Kelvin

  Escala de unificación. La escala termométrica que utiliza el sistema internacional de unidades es la escala Kelvin. Creada por el físico y matemático británico Lord Kelvin en 1848. El criterio utilizado es la definición de °T, por lo que el 0 se asocia a la inexistencia de movimiento de partículas. A la °T de 0 K se le llama «Cero Absoluto» y es la menor °T posible en la naturaleza. A esta °T, el nivel de energía del sistema es el más bajo posible, por lo que las partículas carecen de movimiento. Kelvin descubrió que, cuando se enfría un gas, su volumen va disminuyendo en proporción a su °T. A partir de estos datos, Kelvin calculó que, si seguimos enfriando el gas hasta llegar a una °T de -273.15 °C, el volumen sería 0. Por lo tanto, 0 K –> -273.15 °C. Al crear la escala, Kelvin fijó solo un punto, que es el 0. El tamaño de una división lo toma de la escala Celsius; aumentando en 1 °C, aumentará también en 1 K.

Dilatación y Contracción

• Dilatación Lineal

  En esta dilatación, consideramos una dimensión de variación. Por ejemplo, en un alambre, su diámetro es muy pequeño en comparación con su longitud. La variación de longitud en este caso dependerá de la variación de la °T, ya que a mayor aumento de esta, mayor será el movimiento de partículas, por lo que se producirá una mayor dilatación.

  También dependerá de la longitud inicial, ya que la dilatación total es mayor mientras mayor sea la longitud inicial del alambre. Por último, la variación de longitud no es igual para cada material, debido a las diferencias en sus estructuras moleculares. Cada material se caracteriza por lo que se denomina coeficiente de dilatación lineal.

• Dilatación Superficial

  Si ahora tenemos una lámina, debemos considerar que la variación de longitud es en todas las direcciones a lo largo de su superficie. Por lo tanto, estamos hablando de una variación de área, la cual puede estimarse como el doble de la variación lineal.

• Dilatación Volumétrica

  Si ahora tenemos un volumen en el espacio, tenemos tres dimensiones de dilatación.