Escalas
termométricas
Existen
varias escalas termométricas para
medir temperaturas, relativas y absolutas.
A
partir de la sensación fisiológica, es posible hacerse una idea aproximada de
la temperatura a la que se encuentra un objeto. Pero esa apreciación directa está
limitada por diferentes factores; así el intervalo de temperaturas a lo largo
del cual esto es posible es pequeño; además, para una misma temperatura la
sensación correspondiente puede variar según se haya estado previamente en
contacto con otros cuerpos más calientes o más fríos y, por si fuera poco, no
es posible expresar con precisión en forma de cantidad los resultados de este
tipo de apreciaciones subjetivas. Por ello para medir temperaturas se recurre a
los termómetros.
En
todo cuerpo material la variación de la temperatura va acompañada de la
correspondiente variación de otras propiedades medibles, de modo que a cada
valor de aquella le corresponde un solo valor de ésta. Tal es el caso de la
longitud de una varilla metálica, de la resistencia eléctrica de un metal, de
la presión de un gas, del volumen de un líquido, etc. Estas magnitudes cuya
variación está ligada a la de la temperatura se denominan propiedades
termométricas, porque pueden ser empleadas en la construcción de termómetros.
Para
definir una escala de temperaturas es necesario elegir una propiedad
termométrica que reúna las siguientes condiciones:
1. La expresión matemática de la relación entre la propiedad y la
temperatura debe ser conocida.
2. La propiedad termométrica debe ser lo bastante sensible a las
variaciones de temperatura como para poder detectar, con una precisión
aceptable, pequeños cambios térmicos.
3. El rango de temperatura accesible debe ser suficientemente
grande.
Una
vez que la propiedad termométrica ha sido elegida, la elaboración de una escala
termométrica o de temperaturas lleva consigo, al menos, dos operaciones; por
una parte, la determinación de los puntos fijos o temperaturas de referencia
que permanecen constantes en la naturaleza y, por otra, la división del intervalo
de temperaturas correspondiente a tales puntos fijos en unidades o grados.
Lo
que se necesita para construir un termómetro,
son puntos fijos, es decir procesos en los cuales la temperatura permanece
constante. Ejemplos de procesos de este tipo son el proceso de ebullición y el
proceso de fusión.
Existen
varias escalas para medir temperaturas, las más importantes son la escala Celsius,
la escala Kelvin y
la escala Fahrenheit.
Escala Celsius
Para esta
escala, estos valores se escriben como 100 °C y 0 °C y se leen 100 grados Celsius y 0
grados Celsius, respectivamente.
Escala Fahrenheit
En los países anglosajones se pueden encontrar aún
termómetros graduados en grado Fahrenheit (°F), propuesta por Gabriel
Fahrenheit en 1724. La escala Fahrenheit difiere de la Celsius tanto en los
valores asignados a los puntos fijos, como en el tamaño de los grados. En la
escala Fahrenheit los puntos fijos son los
de ebullición y fusión de una disolución de cloruro amónico en agua. Así al
primer punto fijo se le atribuye el valor 32 y al segundo el valor 212. Para
pasar de una a otra escala es preciso emplear la ecuación:
t(°F) =
(9/5) * t(°C) + 32 ó t(°C) = (5/9) * [t(°F) - 32]
donde
t(°F)
representa la temperatura expresada en grados Fahrenheit y t(°C) la expresada
en grados
Celsius.
Escala Kelvin o absoluta
Se
comparan las escalas Celsius y Kelvin mostrando los puntos de referencia anteriores
a 1954 y los posteriores para mostrar cómo ambas convenciones coinciden. De
color negroaparecen el punto triple del agua(0,01 °C, 273,16 K) y el cero
absoluto (-273,15 °C, 0 K). De color gris los
puntos de congelamiento (0,00 °C, 273,15 K) y ebullición del agua (100 °C, 373,15 K).
Si bien en
la vida diaria las escalas Celsius y Fahrenheit son las más importantes, en
ámbito científico se usa otra, llamada "absoluta" o Kelvin, en honor
a sir Lord Kelvin.
En la escala
absoluta, al 0 °C le hace corresponder 273,15 K, mientras que los 100 °C se
corresponden con 373,15 K. Se ve inmediatamente que 0 K está a una temperatura
que un termómetro centígrado señalará como -273,15 °C. Dicha temperatura
se denomina "cero
absoluto".
Se puede
notar que las escalas Celsius y Kelvin poseen la misma sensibilidad. Por otra
parte, esta última escala considera como punto de referencia el punto triple
del agua que, bajo cierta presión, equivale a 0.01 °C.
La escala de
temperaturas adoptada por el Sistema
Internacional de Unidades es
la llamada escala absoluta o Kelvin. En ella el tamaño de los grados es el
mismo que en la Celsius, pero el cero de la escala se fija en el - 273,15 °C.
Este punto llamado cero absoluto de temperaturas es tal que a dicha temperatura
desaparece la agitación molecular, por lo que, según el significado que la
teoría cinética atribuye a la magnitud temperatura, no tiene sentido hablar de
valores inferiores a él. El cero absoluto constituye un límite inferior natural
de temperaturas, lo que hace que en la escala Kelvin no existan temperaturas
bajo cero (negativas). La relación con la escala Celsius viene dada por la
ecuación:
T(K) = t(°C)
+ 273,15 ó t(°C) = T(K) - 273,15T(K)
= (5/9) * [t(°F) + 459,67] ó t(°F) = (9/5) * T(K) - 459,67
siendo T(K) la temperatura
expresada en kelvins.
Escala Rankine:
Se denomina Rankine (símbolo R) a la escala de temperatura que
se define midiendo en grados Fahrenheit sobre el cero absoluto, por lo que
carece de valores negativos. Esta escala fue propuesta por el físico e
ingeniero escocés William Rankine en 1859.
La escala Rankine tiene su punto de cero absoluto a
−459,67 °F y los intervalos de grado son idénticos al intervalo de grado
Fahrenheit.
T(R) = t(°F) + 459,67 ó t(°F) = T(R) - 459,67
T(R) = (9/5) * [t(°C) + 273,16] ó t(°C) = (5/9) * [T(R) -
491,67]
siendo T(R) la temperatura expresada en grados Rankine.
Usado comúnmente en Inglaterra y en EE.UU. como medida de
temperatura termodinámica. Aunque en la comunidad científica las medidas son
efectuadas en Sistema Internacional de
Unidades, por tanto la
temperatura es medida en kelvins (K).
