Temperatura y Transformación entre escalas de Temperatura

¿Cómo medimos la temperatura?

■ El termómetro

Es un capilar terminado en un bulbo que contiene el 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 defi nir 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

defi nido de partes a las que se llama grados (fi gura 15).

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 fi n 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 273 °C, en la cual la energía

cinética de las partículas es ínfi ma y por lo tanto corresponde a 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, como veremos más adelante.

■ Escala Fahrenheit (°F). Esta escala se emplea comúnmente en los

Es-tados Unidos y se diferencia de las anteriores en que al punto de

congelación del agua se le asigna un valor de 32° y al de ebullición,

212°. 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°, mientras que el punto

de ebullición se señala como 672°; el cero absoluto de esta escala corresponde

al cero absoluto de la escala Kelvin. La escala Rankine es

muy empleada en el campo de la ingeniería (fi gura 16).

figura16

Conversiones entre escalas de temperatura

Tan importante como conocer las distintas escalas de temperatura es

aprender a medir (fi gura 17) y a realizar equivalencias o conversiones

entre ellas.

Vamos a mostrar a continuación algunas fórmulas aritméticas que nos

permiten convertir temperatura de una escala a otra. Relacionemos en

primer lugar la escala centígrada y la Kelvin. Recordemos que el tamaño

de un grado centígrado es el mismo que para 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 tenemos

°C = K - 273

Relacionemos ahora las escalas centígrada y Fahrenheit. En este caso

recordemos que:

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, debemos hacer la corrección necesaria adicionando 32° correspondientes

a la diferencia que existe entre las dos escalas, es decir, que

la expresión final será:

°F =9/5°C +32  o  F = 1,8 °C + 32

Para realizar la conversión contraria empleamos

°C =5/9(F - 32)  o  C= 1,8 °C (F - 32)  

Para convertir grados Fahrenheit a Kelvin resulta más fácil convertir los

primeros en centígrados y luego transformarlos a Kelvin. Si comparamos

la escala Rankine y la Fahrenheit podemos establecer la siguiente

relación:

Temperatura Rankine =Temperatura Fahrenheit + 460

Como el cero absoluto concuerda con el cero en la escala Rankine, para

convertir grados Rankine a Kelvin podemos usar la siguiente expresión:

°R =9/5 ° K.

Ejemplos

1. Convertir 37 °C en Kelvin.

Empleando la fórmula anterior, tenemos:

K =°C + 273

K =37 °C +273

K = 310

2. Convertir 20 °C a °F.

Aplicando °F = (1,8) .( 20 )°C +32

tenemos que °F = 68

3. Convertir 150 K en grados Rankine

Aplicando: $°R=\frac { 9 }{ 5 } .150$
Tenemos °R=270

4.Convertir 40°F a K
$°F=1,8\quad °C+32\Longrightarrow °C=\frac { °F-32 }{ 1,8 } \Longrightarrow C=4,4$
Luego:

K =°C+273 =4,4 + 273 =277,4


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