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Temperatura y calor

La temperatura de un cuerpo se define como una magnitud que mide la energía promedio de las moléculas que constituyen ese cuerpo. La temperatura de un cuerpo es independiente de su masa porque solo depende de la velocidad y la masa de cada una de sus moléculas. De otra parte, el concepto de calor corresponde a la medida de la energía que se transfiere de un cuerpo a otro debido a la diferencia de temperatura que existe entre ellos.

Unidades de cantidad de calor

Siendo el calor una forma de energía que se transfiere de una sustancia a otra en virtud de una diferencia de temperatura, se puede determinar la cantidad de calor midiendo el cambio de temperatura de una masa conocida que absorbe calor desde alguna fuente. Según el SI, el calor se mide en julios, que es una unidad de energía. No obstante, la caloría es una unidad más comúnmente empleada en todo el mundo

Una caloría se define como la cantidad de calor necesaria para elevar la temperatura de un gramo de agua de 14,5° a 15,5°, equivale a 4,184 julios. Frecuentemente se emplea un múltiplo de la caloría, denominado kilocaloría, que equivale a 1 000 calorías.

¿Cómo se mide la temperatura?
El termómetro consta de un capilar terminado en un bulbo que contiene un líquido que se dilata; está cubierto por un tubo externo que contiene la escala numérica. La mayoría de los materiales conocidos se expanden, es decir, experimentan un aumento de volumen cuando su temperatura aumenta y se contraen cuando esta disminuye.

El termómetro es un instrumento diseñado para medir la temperatura valiéndose de la expansión y contracción de un líquido, que generalmente es mercurio.

Escalas termométricas

Existen varias escalas de temperatura. Para definir una escala se establecen arbitrariamente dos puntos de referencia que indican los extremos de la escala.
La distancia entre estos puntos se divide entre un número definido de partes a las que se llama grados

Algunas de las escalas termométricas más utilizadas son:

Escala Celsius o centígrada (°C). Denominada así en honor a su inventor Anders Celsius, esta escala emplea como puntos de referencia los puntos de congelación y de ebullición del agua, asignando un valor de cero al primero y de 100 al segundo. Debido a la asignación arbitraria del punto cero, en esta escala son posibles las temperaturas negativas, correspondientes a valores por debajo del punto de congelación del agua.

Escala Kelvin o absoluta (K). Con el fin de evitar el empleo de valores negativos de temperatura, lord Kelvin sugirió emplear como punto de inicio de la escala un valor conocido como cero absoluto, que corresponde a una temperatura de 2273 °C, en la cual la energía cinética de las partículas es ínfima, y por lo tanto se trata de la temperatura más baja que se puede lograr. El tamaño de los grados en las escalas Kelvin y Celsius es el mismo, lo cual facilita la conversión de valores entre una y otra.

Escala Fahrenheit (°F). Esta escala se emplea comúnmente en los Estados Unidos y se diferencia de las anteriores en que al punto de congelación del agua se le asigna un valor de 32 °F, y al de ebullición, 212 °F. Esto quiere decir que la diferencia de temperatura entre los dos puntos de referencia se compone de 180 partes o grados, en lugar de 100, como en las escalas Celsius y Kelvin. De esta manera, el tamaño relativo de un grado centígrado o Kelvin es mayor que el de un grado Fahrenheit.

Escala Rankine (°R). En esta escala el intervalo entre el punto de congelación y de ebullición del agua es igual al intervalo que existe entre estos puntos en la escala Fahrenheit. La diferencia está en que el punto de congelación del agua se marca como 492 °R, y el punto de ebullición se señala como 672 °R. El cero absoluto de esta escala corresponde al cero absoluto Kelvin. La escala Rankine es muy empleada en el campo de la ingeniería

Conversiones entre escalas de temperatura

Se muestran a continuación algunas fórmulas aritméticas que nos permiten convertir temperatura de una escala a otra.

Se relacionan en primer lugar la escala centígrada y la Kelvin. Recuérdese que el tamaño de un grado centígrado es el mismo que el de un Kelvin, por consiguiente, para transformar grados centígrados a Kelvin basta con adicionar 273 al valor dado en centígrados. En forma general se escribe como:

K =°C + 273

o, para realizar el proceso contrario, se tiene:

°C = K - 273

En el caso de las escalas centígrada y Fahrenheit, la conversión es un poco menos simple: 100 divisiones en °C equivalen a 180 divisiones en °F, o bien 5 divisiones en °C equivalen a 9 divisiones en °F (esto se consigue dividiendo los dos números entre 20). Debido a que el punto de congelación del agua es 32 °F, se debe hacer la corrección necesaria adicionando 32° correspondientes a la diferencia que existe entre las dos escalas. Es decir, la expresión final será:

°F = 9/5 °C+ 32
Para realizar la conversión contraria se utiliza la expresión siguiente:

°C= F -32 /1.8