Equilibrio térmico: concepto de temperatura

Como sabes, la noción de frío o calor es subjetiva y surge de la experiencia diaria, por lo que no resulta útil para realizar un tratamiento científico. Para ello es necesario introducir el concepto de temperatura como medida de la intensidad de estas sensaciones, pero su definición debe ser lo suficientemente rigurosa como para que no exista ambigüedad.

Cuando ponemos en contacto dos cuerpos, uno más caliente que otro, experimentalmente se observa que el cuerpo caliente se va enfriando progresivamente, mientras que el cuerpo frío se va calentando. En términos de la magnitud que queremos definir, la temperatura, el cuerpo caliente disminuye su temperatura mientras que el cuerpo frío la aumenta. Si dejamos evolucionar el sistema el suficiente tiempo, llega un momento en el que la temperatura de los dos cuerpos ya no cambia, por lo que cesa el intercambio de energía. A este estado se le conoce como equilibrio térmico.

Este hecho permite dar una primera definición de temperatura:

La temperatura es la magnitud común a dos cuerpos que se encuentran en equilibrio térmico.

Esta definición se conoce también como el "Principio cero de la termodinámica".

También es posible dar una definición de temperatura como medida de la energía cinética de las partículas, esto es, del movimiento de las partículas, ya que cuanta más energía cinética tienen las partículas de un cuerpo, más rápidamente se mueven y se comprueba experimentalmente que su temperatura es mayor.

Según la teoría cinética, cuando dos cuerpos se ponen en contacto, se produce una transferencia de energía cinética de las partículas del cuerpo caliente a las del cuerpo frío hasta que en un momento dado la energía cinética media de las partículas de ambos cuerpos es igual, y por tanto tienen la misma temperatura.

La temperatura de un cuerpo es una medida de la energía cinética media de las partículas que lo forman.

Esta aproximación microscópica al concepto de temperatura nos resultará útil en el estudio del calor y su transmisión. Ahora tienes una idea clara de lo que es la temperatura, pero para que sea útil necesitamos saber medirla.

Los dispositivos que miden la temperatura se denominan termómetros.

Los más habituales eran los de mercurio (ahora prohibidos por los daños medioambientales que puede producir este metal), basados en la relación entre la longitud de la columna de mercurio y la temperatura. En los termómetros actuales se utiliza la variación de la conductividad de determinados metales al cambiar la temperatura.

Los termómetros miden las temperaturas según una escala termométrica, que permiten graduarlos. Para ello se escogen dos fenómenos que ocurran siempre a la misma temperatura, que se denominan puntos fijos. Posteriormente se les asigna arbitrariamente una temperatura y se divide el intervalo entre ellos en partes iguales, cada una de las cuales le da la denominación de grado (excepto en la escala Kelvin, en la que se prescinde de esta denominación: no se dice 200 grados Kelvin, sino 200 Kelvin).

Actualmente siguen utilizándose tres escalas:

	Escala Celsius (ºC)	Escala Fahrenheit (ºF)	Escala Kelvin o Absoluta (K)
Punto Fijo 1	Fusión hielo; 0	Fusión hielo; 32	Fusión del hielo; 273
Punto Fijo 2	Ebullición agua; 100	Ebullición agua; 212	Ebullición agua; 373
Divisiones	100	180	100
Uso principal	Vida cotidiana	Países anglosajones	Ciencia y tecnología

Los puntos de fusión del hielo y de ebullición del agua están medidos a presión atmosférica.

La transformación entre valores para las escalas termométricas puede obtenerse a partir de las siguientes relaciones:

• T (K) = T (ºC) + 273
• T (ºC)/100 = (T (ºF) -32)/180

La unidad de temperatura en el Sistema Internacional es el Kelvin y es la unidad que debes utilizar a la hora de resolver aquellos problemas en los que aparezcan temperaturas.

Un Kelvin tiene el mismo tamaño que un grado Celsius, por lo que los intervalos entre temperaturas son equivalentes en ambas escalas.

Autoevaluación

1.- Un termómetro situado en el aeropuerto de New York marca una temperatura de 77 ºF, ¿Cuál es la temperatura en grados Celsius y en Kelvin?

a) 27 ºC y 300 K

b) 25 ºC y 300 K

c) 25 ºC y 298 K

d) 27 ºC y 298 K

2.- La temperatura mínima que se anuncia para el comienzo de la primavera en Huanguelén es de 38 ºF. ¿Consideras apropiado abrigarte antes de salir a la calle?