La temperatura es una magnitud referida a las nociones comunes de caliente o frío. Por lo general, un objeto más "caliente" tiene una temperatura mayor, y si es frío tiene una temperatura menor. Más específicamente, está relacionada directamente con la parte de la energía interna conocida como "energía sensible", que es la energía asociada a los movimientos de las moléculas, sea en un sentido transnacional, rotacional, o en forma de vibraciones. A medida que es mayor la energía sensible de un sistema, se observa que está más "caliente"; es decir, que su temperatura es mayor.
Se definirá cada una de las escalas que miden la temperatura así como los instrumentos de medición para la misma.
INSTRUMENTOS DE MEDICIÓN (TERMÓMETROS)
Es un instrumento de medición de temperatura. Desde su invención ha evolucionado mucho, principalmente a partir del desarrollo de los termómetros electrónicos digitales.
Inicialmente se fabricaron aprovechando el fenómeno de la dilatación, por lo que se prefería el uso de materiales con elevado coeficiente de dilatación, de modo que, al aumentar la temperatura, su estiramiento era fácilmente visible.
Existen varios tipos de termómetros destacan los siguientes:
Termómetro de mercurio: es un tubo de vidrio sellado que contiene un líquido, generalmente mercurio o alcohol coloreado, cuyo volumen cambia con la temperatura de manera uniforme. Generalmente se utiliza para medir las temperaturas del ambiente o entorno exterior
Pirómetro óptico: se fundamentan en la de distribución de la radiación térmica, según la cual, el color de la radiación varía con la temperatura.
Se utilizan para medir temperaturas elevadas, desde 700 °C hasta 3.200 °C
Termómetro de lámina bimetálica: Formado por dos láminas de metales de coeficientes de dilatación muy distintos y arrollados dejando el coeficiente más alto en el interior.
Termómetro de gas: Pueden ser a presión constante o a volumen constante. Este tipo de termómetros son muy exactos y generalmente son utilizados para la calibración de otros termómetros.
Termómetro de resistencia: consiste en un alambre de algún metal (como el platino) cuya resistencia eléctrica cambia cuando varia la temperatura.
El termómetro de globo: Consiste en un termómetro de mercurio que tiene el bulbo dentro de una esfera de metal hueca, pintada de negro de humo. La esfera absorbe radiación de los objetos del entorno más calientes que el aire y emite radiación hacia los más fríos, dando como resultado una medición que tiene en cuenta la radiación.
El termómetro de máxima y el termómetro de mínima son utilizado en meteorología, y para saber la temperatura más alta y la más baja del día.
ESCALA CELSIUS
Andrés Celsius (1701-1744)
Astrónomo, físico y biólogo sueco. 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 0°C y de ebullición del agua en 100°C (de ahí el nombre centi, que quiere decir cien, y grado). Después de la muerte de Celsius, la escala centígrada fue llamada escala Celsius. En 1742 propuso la escala centígrada de temperatura ante la Academia Sueca de Ciencias.
El grado Celsius es una unidad de escala de temperatura. Su símbolo es °C. El cual pertenece al Sistema Internacional de Unidades. También llamada escala centígrada.
Ésta escala nos sirve para medir la temperatura de refrigeradores, estufas, o simplemente la del medio ambiente (en el lugar donde vives).
En algunos países de Latinoamérica se utiliza esta escala, entre los que se encuentra México. Así como muchos países más.
TEMPERATURA FAHRENHEIT
Daniel Gabriel Fahrenheit (1686-1736) fue un físico alemán. La escala de temperatura Fahrenheit fue desarrollada en 1724. Originalmente, Fahrenheit estableció una escala en la que la temperatura de una mezcla de hielo-agua-sal estaba fijada a 0°F. La temperatura de una mezcla de hielo-agua (sin sal) estaba fijada a 32°F y la temperatura del cuerpo humano a 96°F (que son 36°C) . Dividió la escala en doce secciones y subsecuentemente cada una de esas secciones en 8 subdivisiones iguales lo que produjo una escala de 96 grados. Fahrenheit notó que en esta escala el punto de congelación del agua estaba a los 32 °F y el de punto de ebullición a los 212 °F.
Esta escala se utilizaba en la mayoría de los países anglosajones para todo tipo de uso. En los Estados Unidos sigue siendo utilizada por la población para usos no científicos y en determinadas industrias muy rígidas, como la del petróleo.
Fórmula para convertir grados Fahrenheit a centígrados:
°C= °F - 32
1.8
Fórmula para convertir Kelvin a grados centígrados
°C= K – 273
Fórmula para convertir grados Centígrados a grados Fahrenheit
°F= 1.8 (°C) + 32
Ejemplo:
México es el encargado de exportar fresas a EUA. A la hora de empacarse deberá llevar una etiqueta donde diga que se debe mantener a una temperatura de 10°C para su mejor conservación. Pero ésta tiene que ir marcada en grados Fahrenheit, pues es la escala que se utiliza en EUA. ¿A cuánto equivale la temperatura en °F?
Datos: Fórmula Sustitución
T=10°C °F= 1.8 (°C) + 32 °F= 1.8 (10) + 32 = 50°F
ESCALA KELVIN
William Kelvin (1824-1907)
El kelvin (antes llamado grado Kelvin), el cual se simboliza como K, es la unidad de temperatura de la escala creada por William Thomson en el año 1848, sobre la base del grado Celsius, estableciendo el punto cero en el cero absoluto (−273,15 °C) y el cual conserva la misma dimensión. William Thomson, quien sería Lord Kelvin, introdujo la escala de temperatura termodinámica, y la unidad fue nombrada en su honor.
Se representa con la letra K, y nunca "°K". Actualmente, su nombre no es el de "grados kelvin", sino simplemente "kelvin”
Coincidiendo el incremento en un grado Celsius con el de un kelvin, su importancia radica en el 0 de la escala: la temperatura de 0 K es denominada 'cero absoluto'. Ningún sistema macroscópico puede tener una temperatura inferior. A la temperatura medida en kelvin se le llama "temperatura absoluta", y es la escala de temperaturas que se usa en ciencia, especialmente en trabajos de física o química.
La escala Celsius se define en la actualidad en función de la escala Kelvin o escala absoluta:
T [K] = tC [°C] + 273,15
No obstante, una diferencia de temperatura tiene el mismo valor en ambas escalas.
T1 [K] - T2 [K] = tC1 [°C] - tC2 [°C]
ΔT [K] = ΔtC [°C]
La física estadística dice que, en un sistema termodinámico, la energía contenida por las partículas es proporcional a la temperatura absoluta.
ESCALA RANKINE
William Rankine (1859)
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.
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.
El punto de cero absoluto del grado Rankin es igual a:
Cero Rankine (0 R) equivalen a −273,15 °C ó 0 K. Para convertir de grados Rankine a Kelvin se multiplica por un factor de 9/5
Usado comúnmente en E.U como medida de temperatura termodinámica. En la comunidad científica las medidas son efectuadas en Sistema Internacional de Unidades, por tanto la temperatura es medida en Kelvin (K).
Escala Ranking (ºR): Esta escala está basada en una escala de grados Fahrenheit absolutos. Es decir, la temperatura del punto de congelación del agua es 491 ºR, y la de ebullición de 671 ºR.
DILATACIÓN
Se denomina dilatación al cambio de longitud, volumen o alguna otra dimensión métrica que sufre un cuerpo físico debido al cambio de temperatura que se provoca en ella por cualquier medio.
Coeficiente de dilatación lineal
DILATACIÓN LINEAL
Es el aumento de longitud que experimenta ciertos cuerpos, la dimensión predominante es el largo cuando aumenta su temperatura.
EJ: las varillas, rieles, tubos, vigas, etc.
Un cambio de un sólido en una dimensión de llama dilatación lineal.
Formula:
Lf = L0[1 + αL(Tf − T0)]
Ejemplo:
Una vía de acero de los ferrocarriles tiene una longitud de 30m cuando la temperatura es de 0°C. ¿Cuál es la longitud en un día frio de invierno cuando la temperatura es de 0°F?
Datos: Formula
Lo= 30m Lf = L0[1 + α(Tf − T0)]
To=0°C
Tf=0°F -12.77°C °C= °F-32/1.8
α= 11.5 x 10-6
Lf=?
Sustitución y operación
Lf= 30m[1+(11.5 x 10-6)(-12.77°C – 0°C)
Lf=29.99m
DILATACIÓN DE ÁREA
Se refiere a la aplicación de calor a cuerpos que tienen 2 dimensiones predominantes, es decir, largo y ancho como por EJ. Planchas o laminas de cualquier material.
Formula:
Lf = L0[1 + α (2)(Tf − T0)]
Ejemplo:
En una pieza de acero a 20°C se taladra un agujero de 100 cm2 de área de selección transversal. ¿Cuál es el área del agujero si el acero se calienta de 20°C a 120°C?
Datos: Formula:
Lo= 100 cm2 Lf = L0[1 + α(Tf − T0)]
To=20°C
Tf=120°C
α= 11.5 x 10-6
Lf=?
Sustitución y operación
Lf= 100cm2[1+(11.5 x 10-6)(2)(120°C-20°C)
Lf= 100.25 cm2
DILATACIÓN DE VOLÚMEN
Este tipo de dilatación ocurre en los cuerpos en que sus 3 dimensiones. La dilatación del material calentado es la misma en todas direcciones. Por lo tanto, el volumen de un liquido, gas o solido tendrá un incremento en volumen predecible al aumentar la temperatura. Razonando en forme similar a como se hizo en las secciones previas, obtendremos las siguientes formulas para la dilatación de volumen.
Formula:
Si es sólido Vf = V0[1 + β(3)(Tf − T0)]
Si es liquido Vf = V0[1 + β(Tf − T0)]
Coeficientes de dilatación de volumen
En conclusión la temperatura es una propiedad física que mide cuan caliente o cuan frío se encuentra un objeto y esta temperatura se mide en grados por medio de diversos tipos de termómetros y escalas
La temperatura esta presente diariamente en nuestra vida cotidiana, desde que nos levantamos hasta que nos acostamos, y por ello, debemos de saber a que se debe, como funciona y sus características, para comprender de la mejor manera este fenómeno.
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