ESCALA CELSIUS O CENTIGRADA
El grado Celsius, (símbolo ℃, °C en
texto plano), es la unidad creada por Anders
Celsius en 1742 para su escala de temperatura.
El grado Celsius pertenece al Sistema Internacional de Unidades,
con carácter de unidad accesoria, a diferencia del kelvin que es
la unidad básica de temperatura en dicho sistema.
Celsius definió su escala en 1742 considerando las
temperaturas de congelación y ebullición del agua, asignándoles originalmente
los valores 100 °C y 0 °C respectivamente (de manera
que más calienteresultaba en una menor temperatura); fue Linneo quien
invirtió ambos puntos un par de años más tarde. El método propuesto, al igual
que el utilizado en 1724 para el grado
Fahrenheit y el Grado
Rømer de 1701,
tenía la ventaja de basarse en las propiedades físicas de los materiales. William
Thomson (luego Lord Kelvin) definió en 1848 su escala absoluta de temperatura en
términos del grado Celsius. En la actualidad el grado Celsius se define a
partir del kelvin del
siguiente modo:
Los intervalos de temperatura expresados en °C y
en kelvins tienen el mismo valor.
La escala de Celsius es muy utilizada para expresar las
temperaturas de uso cotidiano, desde la temperatura del aire a la de un sin fín
de dispositivos domésticos (hornos, freidoras, agua caliente, refrigeración,
etc.). También se la utiliza en trabajos científicos y tecnológicos, aunque en
muchos casos resulta obligada la utilización de la escala de Kelvin.
ESCALA KELVIN
El kelvin (antes llamado grado Kelvin),
simbolizado como K, es la unidad detemperatura de
la escala creada por William Thomson, Lord Kelvin, en el año1848, sobre la base
del grado Celsius, estableciendo el punto cero en
el cero absoluto (−273,15 °C) y conservando la
misma dimensión. Lord Kelvin, a sus 24 años introdujo la escala de temperatura termodinámica,
y la unidad fue nombrada en su honor.
Es una de las unidades del Sistema Internacional de Unidades y
corresponde a una fracción de 1/273,16 partes de la temperatura del punto
triple del agua. 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' y corresponde al punto en el que
las moléculas y átomos de
un sistema tienen la mínima energía térmica
posible. 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 oquímica.
También en iluminación de vídeo y cine se utilizan
los kelvin como referencia de la temperatura de color. Cuando un cuerpo
negro es calentado emitirá un tipo de luz según la temperatura a la
que se encuentra. Por ejemplo, 1.600 K es la temperatura correspondiente a la
salida o puesta del sol. La temperatura del color de una lámpara de filamento
de tungsteno corriente es de 2.800 K. La temperatura de la luz utilizada en
fotografía y artes gráficas es 5.000 K y la del sol al mediodía con cielo
despejado es de 5.200 K. La luz de los días nublados es más azul, y es de más
de 6.000 K.
ESCALA FARENHEIT
El grado Fahrenheit (representado como °F) es
una escala de temperaturapropuesta por Daniel Gabriel Fahrenheit en 1714. La escala
establece como las temperaturas de congelación y evaporación del agua,
32 °F y 212 °F, respectivamente. El método de definición es
similar al utilizado para el grado Celsius (°C).
CALOR
El calor es la transferencia de energía entre
diferentes cuerpos o diferentes zonas de un mismo cuerpo que se encuentran a
distintastemperaturas.
Este flujo siempre ocurre desde el cuerpo de mayor temperatura hacia el cuerpo
de menor temperatura, ocurriendo la transferencia de calor hasta que ambos
cuerpos se encuentren enequilibrio térmico (ejemplo: una bebida
fría dejada en una habitación se entibia).
La energía puede ser transferida por diferentes mecanismos,
entre los que cabe reseñar la radiación,
la conducción y la convección,
aunque en la mayoría de los procesos reales todos se encuentran presentes en
mayor o menor grado.
La energía que puede intercambiar un cuerpo con su entorno
depende del tipo de transformación que se efectúe sobre ese cuerpo y por tanto
depende del camino. Los cuerpos no tienen calor, sinoenergía
interna. El calor es parte de dicha energía interna (energía calorífica) transferida de un sistema a
otro, lo que sucede con la condición de que estén a diferente temperatura.
La energía existe en varias formas. En este caso nos
enfocamos en el calor, que es la forma de la energía que se puede transferir de
un sistema a otro como resultado de la diferencia de temperatura.
ENERGIA
El término energía (del griego ἐνέργεια/energeia,
actividad, operación; ἐνεργóς/energos=fuerza de
acción o fuerza trabajando) tiene diversas acepciones y
definiciones, relacionadas con la idea de una capacidad para obrar, transformar
o poner en movimiento. Enfísica,
«energía» se define como la capacidad para realizar untrabajo. En tecnología y economía,
«energía» se refiere a unrecurso natural (incluyendo a su tecnología
asociada) para extraerla, transformarla, y luego darle un uso industrial o
económico.
TEMPERATURA
La temperatura es una magnitud referida a las
nociones comunes decaliente o frío. Por lo
general, un objeto más "caliente" que otro puede
considerarse que tiene una temperatura mayor, y si es frío, se considera que
tiene una temperatura menor. En física, se define como una magnitud
escalar relacionada con la energía
interna de un sistema termodinámico, definida por el principio cero de la termodinámica.
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 partículas del sistema, sea en un sentido
traslacional, rotacional, o en forma de vibraciones. A medida de que sea mayor
la energía sensible de un sistema, se observa que éste se encuentra más "caliente";
es decir, que su temperatura es mayor.
En el caso de un sólido, los movimientos en cuestión
resultan ser las vibraciones de las partículas en sus sitios dentro del
sólido. En el caso de un gas ideal monoatómico se
trata de los movimientos traslacionales de sus partículas (para los gases
multiatómicos los movimientos rotacional y vibracional deben tomarse en cuenta
también).
Dicho lo anterior, se puede definir la temperatura como la
cuantificación de la actividad molecular de la materia.
El desarrollo de técnicas para la medición de la temperatura
ha pasado por un largo proceso histórico, ya que es necesario darle un valor
numérico a una idea intuitiva como es lo frío o lo caliente.
Multitud de propiedades fisicoquímicas de
los materiales o las sustancias varían en función de la temperatura a la que se
encuentren, como por ejemplo su estado (sólido, líquido, gaseoso,plasma), su volumen, la solubilidad,
la presión de vapor, su color o la conductividad eléctrica. Así mismo es uno
de los factores que influyen en la velocidad a la que tienen lugar las reacciones químicas.
La temperatura se mide con termómetros,
los cuales pueden ser calibrados de acuerdo a una multitud de escalas que dan
lugar a unidades de medición de la temperatura. En el Sistema Internacional de Unidades,
la unidad de temperatura es el kelvin(K), y la
escala correspondiente es la escala Kelvin o escala absoluta, que asocia el valor
"cero kelvin" (0 K) al "cero
absoluto", y se gradúa con un tamaño de grado igual al del grado
Celsius. Sin embargo, fuera del ámbito científico el uso de otras escalas
de temperatura es común. La escala más extendida es la escala Celsius (antes
llamada centígrada); y, en mucha menor medida, y prácticamente sólo en
los Estados Unidos, la escalaFahrenheit.
También se usa a veces la escala Rankine (°R)
que establece su punto de referencia en el mismo punto de la escalaKelvin, el cero absoluto,
pero con un tamaño de grado igual al de la Fahrenheit, y es usada únicamente
en Estados Unidos, y sólo en algunos campos de la ingeniería.
EQUILIBRIO TÉRMICO
Para poder dar una definición más precisa del concepto de
equilibrio térmico desde un punto de vista termodinámico es necesario definir
algunos conceptos.
Dos sistemas que están en contacto mecánico directo o
separados mediante una superficie que permite la transferencia de calor lo que se conoce
como superficie diatérmica, se
dice que están encontacto térmico.
Consideremos entonces dos sistemas en contacto térmico,
dispuestos de tal forma que no puedan mezclarse o reaccionar
químicamente. Consideremos además que estos sistemas están colocados en el
interior de un recinto donde no es posible que intercambien calorcon el exterior
ni existan acciones desde el exterior capaces de ejercer trabajo sobre
ellos. La experiencia indica que al cabo de un tiempo estos sistemas alcanzan
un estado de equilibrio termodinámico que se
denominará estado de equilibrio térmico recíproco o simplemente
de equilibrio térmico.
El concepto de equilibrio térmico puede extenderse
para hablar de un sistema o cuerpo en equilibrio térmico. Cuando dos porciones
cuales sean de un sistema se encuentran en equilibrio térmico se dice
que el sistema mismo está en equilibrio térmico o que estérmicamente
homogéneo.
RELACIÓN ENTRE CALOR Y ENERGIA
El calor representa la cantidad de energía que un cuerpo
transfiere a otro como consecuencia de una diferencia de temperatura entre
ambos. El tipo de energía que se pone en juego en los fenómenos caloríficos se
denomina energía térmica. El carácter energético del calor lleva consigo la
posibilidad de transformarlo en trabajo mecánico. Sin embargo, la naturaleza
impone ciertas limitaciones a este tipo de conversión, lo cual hace que sólo
una fracción del calor disponible sea aprovechable en forma de trabajo útil.
ESCALAS DE CALOR
Las escalas de medición de la temperatura se dividen
fundamentalmente en dos tipos, las relativas y las absolutas. Los valores que
puede adoptar la temperatura en cualquier escala de medición, no tienen un
nivel máximo, sino un nivel mínimo: el cero
absoluto. Mientras que las escalas absolutas se basan en el cero absoluto,
las relativas tienen otras formas de definirse.
Relativas
Artículo principal: Unidades derivadas del SI
Grado Celsius (°C). Para establecer una base de
medida de la temperatura Anders
Celsius utilizó (en 1742) los puntos de fusión y ebullición del agua. Se considera
que una mezcla de hielo y agua que se encuentra en equilibrio con aire saturado
a 1 atm está en el punto de fusión. Una mezcla de agua y vapor de agua (sin
aire) en equilibrio a 1 atm de presión se considera que está en el punto de
ebullición. Celsius dividió el intervalo de temperatura que existe entre éstos
dos puntos en 100 partes iguales a las que llamó grados centígrados °C. Sin
embargo, en 1948fueron
renombrados grados Celsius en su honor; así mismo se comenzó a utilizar la
letra mayúscula para denominarlos.
En 1954 la escala Celsius fue redefinida en la Décima
Conferencia de Pesos y Medidas en términos de un sólo punto fijo y de la
temperatura absoluta del cero absoluto. El punto escogido fue el punto triple del agua que es el estado en el que
las tres fases del agua coexisten en equilibrio, al cual se le asignó un valor
de 0,01 °C. La magnitud del nuevo grado Celsius se define a partir del
cero absoluto como la fracción 1/273,16 del intervalo de temperatura entre el
punto triple del agua y el cero absoluto. Como en la nueva escala los puntos de
fusión y ebullición del agua son 0,00 °C y 100,00 °C respectivamente,
resulta idéntica a la escala de la definición anterior, con la ventaja de tener
una definición termodinámica.
Grado Fahrenheit (°F). Toma divisiones entre
el punto de congelación de una disolución de cloruro
amónico (a la que le asigna valor cero) y la temperatura normal
corporal humana (a la que le asigna valor 100). Es una unidad típicamente usada
en los Estados Unidos; erróneamente, se asocia también a
otros países anglosajones como el Reino Unido o Irlanda, que usan
la escala Celsius.
Grado Rømer o Roemer. En desuso.
Grado Newton (°N). En desuso.
Grado Leiden. Usado para calibrar indirectamente
bajas temperaturas. En desuso.
Grado Delisle (°D) En desuso.
Absolutas
Las escalas que asignan los valores de la temperatura en dos
puntos diferentes se conocen como escalas a dos puntos. Sin embargo en el
estudio de la termodinámica es necesario tener una escala de medición que no
dependa de las propiedades de las sustancias. Las escalas de éste tipo se
conocen como escalas absolutas o escalas de temperatura
termodinámicas.
Con base en el esquema de notación introducido en 1967, en
la Conferencia General de Pesos y Medidas (CGPM), el símbolo de grado se
eliminó en forma oficial de la unidad de temperatura absoluta.
Kelvin (K)
El Kelvin es la unidad de medida del SI. La escala Kelvin absoluta es parte del
cero absoluto y define la magnitud de sus unidades, de tal forma que el punto triple del agua es exactamente a 273,16 K.
Aclaración: No se le antepone la palabra grado ni
el símbolo º.
Rankine (R o Ra). Escala con intervalos de grado
equivalentes a la escala Fahrenheit, cuyo origen está en -459,67 °F. En
desuso.
ESTADOS DE AGREGACIÓN DE LA MATERIA
En física y química se
observa que, para cualquier sustancia o elemento material, modificando sus
condiciones de temperatura opresión,
pueden obtenerse distintos estados o fases, denominadosestados de agregación de
la materia, en relación con las fuerzas de unión de las partículas (moléculas,
átomos o iones) que la constituyen.
Estados de agregación, todos con propiedades y
características diferentes, y aunque los más conocidos y observablescotidianamente son
cuatro, las llamadas fases sólida, líquida,gaseosa y plasmática, también existen otros
estados observables bajo condiciones extremas de presión y temperatura.
LEY DE CONSERVACIÓN DE LA ENERGIA
La ley de
la conservación de la energía constituye el primer principio de la termodinámica y
afirma que la cantidad total deenergía en
cualquier sistema aislado (sin interacción con ningún
otro sistema) permanece invariable con el tiempo, aunque dicha energía puede
transformarse en otra forma de energía. En resumen, la ley de la conservación
de la energía afirma que la energía no puede crearse ni destruirse, sólo se
puede cambiar de una forma a otra, por ejemplo, cuando la energía eléctrica se
transforma en energía calorífica en un calefactor.
Dicho de otra forma:la energía puede transformarse de una forma a otra o
transferirse de un cuerpo a otro, pero en su conjunto permanece estable (o
constante).
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