¿Qué es Temperatura?

La temperatura es una medida estadística del nivel de agitación entre moléculas, relacionado con el desplazamiento de la energía cinética de un átomo o molécula.

En Física, la temperatura está relacionada con la energía interna de un sistema termodinámico.

Historia de la Temperatura

Galeno, un científico y médico griego, hizo el primer intento de medir la temperatura en 170 d. C. Documentó una temperatura estándar “neutral” de partes iguales de agua hirviendo y hielo.
Agregó cuatro grados de calor y cuatro grados de frío a ambos lados de esta temperatura neutral.

El concepto de medición de temperatura es relativamente nuevo.
El termoscopio, esencialmente un termómetro sin escala, fue el precursor del termómetro moderno.
Hubo varios inventores trabajando en termómetros en 1593, pero el más conocido es Galileo Galilei, un inventor italiano que también mejoró (pero no inventó) el telescopio.

Termoscopio

Un termoscopio podría mostrar las diferencias de temperatura, permitiendo a los observadores saber si algo se estaba poniendo más caliente o más frío.

Sin embargo, el termoscopio no pudo proporcionar una temperatura exacta en grados.
En 1612, el inventor italiano Santorio agregó una escala numérica a su termoscopio que se utilizó para medir la temperatura humana.

Fernando II, el Gran Duque de Toscana, lo siguió en 1654, inventando el primer termómetro cerrado, usando alcohol como líquido. Pero todavía faltaba una escala estandarizada y precisa.

Casi al mismo tiempo, el físico alemán Daniel Gabriel Fahrenheit conoció a Olaus Roemer, un astrónomo danés, que desarrolló un termómetro a base de alcohol con vino.
Anotó dos puntos en su termómetro: 60 para marcar la temperatura del agua hirviendo y 7.5 como el punto en el que se derretía el hielo.

En 1714, Fahrenheit refinó la invención de Roemer y desarrolló el primer termómetro moderno: el termómetro de mercurio más refinado.
El mercurio se expande o contrae a medida que la temperatura sube o baja.

Fahrenheit inventó un termómetro de alcohol en 1709 antes de revelar su equivalente de mercurio más preciso.

Diez años después, reveló su escala homónima de Fahrenheit, que dividió los puntos de congelación y ebullición del agua en 180 Fahrenheit.

Estableció 32 Fahrenheit como punto de congelación del agua y 212 Fahrenheit como punto de ebullición. Se usó una mezcla igual de agua, hielo y cloruro de amonio para ajustar la temperatura a 0.

temperatura-significado-definición

Escalas Termométricas

Para medir la temperatura corporal, se ha desarrollado un dispositivo llamado termómetro.

El termómetro más común es el mercurio, que consiste en un vidrio graduado con una bombilla de pared delgada que está unida a un tubo muy delgado llamado tubo capilar.

A medida que aumenta la temperatura del termómetro, las moléculas de mercurio aumentan su agitación haciendo que se expanda, llenando el tubo capilar. Para cada altura alcanzada por el mercurio se asocia una temperatura.

La escala de cada termómetro corresponde a este valor de altura alcanzado.

Escala Celsius

Es la escala utilizada en la mayoría de los países, oficializada en 1742 por el astrónomo y físico sueco Anders Celsius (1701-1744).
Esta escala tiene como puntos de referencia la temperatura de congelación del agua bajo presión normal (0 ° C) y la temperatura de ebullición del agua bajo presión normal (100 ° C).

Escala Fahrenheit

Otra escala ampliamente utilizada, principalmente en países de habla inglesa, creada en 1708 por el físico alemán Daniel Gabriel Fahrenheit (1686-1736), que tiene como referencia la temperatura de una mezcla de hielo y cloruro de amonio (0 ° F) y la temperatura de cuerpo humano (100 ° F).

En comparación con la escala Celsius:

0 ° C = 32 ° F

100 ° C = 212 ° F

Escala Kelvin

También conocido como escala absoluta, fue verificado por el físico inglés William Thompson (1824-1907), también conocido como Lord Kelvin.
Esta escala se basa en la temperatura del estado de agitación más bajo de cualquier molécula (0 K) y se calcula a partir de la escala Celsius.

Por convención, no utiliza “grado” para esta escala, es decir 0 K, lee cero kelvin y no cero grado kelvin.

En comparación con la escala Celsius:

-273 ° C = 0 K

0 ° C = 273 K

100 ° C = 373 K

Temperatura y Calorimetría

Calor

Cuando ponemos en contacto dos cuerpos con diferentes temperaturas, podemos ver que la temperatura del cuerpo “más cálido” disminuye, y la del cuerpo “más frío” aumenta, hasta el momento en que ambos cuerpos tienen la misma temperatura.

Esta reacción es causada por el paso de energía térmica del cuerpo “más cálido” al cuerpo “más frío”, la transferencia de energía es lo que llamamos calor.

El calor es la transferencia de energía térmica entre cuerpos con diferentes temperaturas.

La unidad más utilizada para el calor es la caloría (cal), aunque su unidad SI es joule (J).
Una caloría es igual a la cantidad de calor requerida para aumentar la temperatura de un gramo de agua pura bajo presión normal de 14.5 ° C a 15.5 ° C.

La relación entre calorías y julios viene dada por:

1 cal = 4.186J

A partir de esto, las conversiones entre unidades se pueden hacer usando una simple regla de tres.

Como 1 caloría es una unidad pequeña, usamos su múltiplo, la kilocaloría, mucho.

1 kcal = 10³cal

Calor Sensible

Se llama calor sensible, la cantidad de calor que solo tiene el efecto de cambiar la temperatura del cuerpo.

Este fenómeno se rige por la ley física conocida como la Ecuación Fundamental de Calorimetría, que establece que la cantidad de calor sensible (Q) es igual al producto de su masa, variación de temperatura y una proporcionalidad constante que depende de la naturaleza de cada cuerpo llamado Calor específico.

Calor Latente

No todo el intercambio de calor en la naturaleza se detiene solo al cambiar la temperatura corporal.

En algunos casos hay un cambio en el estado físico de estos cuerpos. En este caso llamamos a la cantidad calculada de calor calor latente.

La cantidad de calor latente (Q) es igual al producto de la masa corporal (m) y una constante de proporcionalidad (L).

Entonces QL = m. L

La constante de proporcionalidad se denomina calor latente de cambio de fase y se refiere a la cantidad de calor que 1 g de la sustancia calculada necesita para cambiar de una fase a otra.

Además de depender de la naturaleza de la sustancia, este valor numérico depende de cada cambio en el estado físico.

Variación

La variación de temperatura depende de varios factores, como el viento, la humedad del aire, la latitud, el ángulo de incidencia del rayo solar en la superficie terrestre, etc.

La temperatura revelada en registros meteorológicos es medida por termómetros que no están expuestos directamente a los rayos solares. Esta se conoce como temperatura en la sombra.

La noción de calor es varias veces erróneamente asociada a una mayor temperatura, mientras que la noción de frío está asociada a una menor temperatura.
A pesar de ello, el calor consiste en la energía térmica que transita de un cuerpo con mayor temperatura a otro de menor temperatura.
Este es un proceso efímero que termina cuando los dos cuerpos en cuestión alcanzan el equilibrio térmico.

Convertidor de Temperatura

  • Fahrenheit a Celsius: resta 32, multiplica por 5 y divide entre 9
  • Celsius a Fahrenheit: multiplique por 9, divida por 5, luego agregue 32
  • Fahrenheit a Kelvin: reste 32, multiplique por 5, divida por 9 y agregue 273.15.
  • Kelvin a Fahrenheit: Resta 273.15, multiplica por 1.8 y suma 32.
  • Kelvin a Celsius: Agregar 273
  • Celsius a Kelvin: Restar 273

Temperatura y Calor

Aunque a menudo se asocian, es importante no confundir la temperatura con el calor.
En física, el calor es la energía en tránsito que fluye de un cuerpo, enfriándolo a otro, calentándolo y estableciendo un equilibrio.

Por ejemplo, si coloca un vaso de agua helada en un ambiente ligeramente más cálido, el ambiente proporcionará calor al agua que se enfriará hasta que alcance un equilibrio térmico.
Lo que sucede cuando ambos tienen una temperatura similar, después de un una transferencia de calor.

Científicamente, la temperatura es la cantidad física que describe los movimientos (vibraciones) de las moléculas dentro de un material.
Por lo tanto, cuanto mayor es la temperatura, más agitadas se vuelven las partículas de un cuerpo en particular; y cuanto más baja es la temperatura, menos agitadas y más lentas se vuelven las partículas.

La física, como todas las áreas del conocimiento, tiene algunos criterios y clasificaciones.

Para saber si el día tiene o no una temperatura alta, necesitamos medir el grado de agitación entre las moléculas que están presentes en el aire en un área determinada.

Por lo tanto, la temperatura no es más que la magnitud que representa el grado de agitación de las moléculas de un cuerpo o medio.

Punto de Congelamiento

El punto de congelación se puede definir como la temperatura a la cual un líquido se convierte en sólido a una presión dada.
Generalmente se establece después de que un líquido se somete a bajas temperaturas. Sin embargo, en algunas sustancias, la congelación ocurre después de que el líquido experimenta un aumento de la temperatura.

La sustancia más común, el agua, tiene un punto de congelación de 0 ° Celsius.

Temperatura de Sobreenfriamiento

El sobreenfriamiento es el proceso por el cual un líquido no se convierte en forma sólida a pesar de estar sujeto a temperaturas por debajo del punto de congelación.
Sin embargo, si el líquido retiene su composición estructural original, se solidifica.

Los líquidos sobreenfriados tienen propiedades físicas distintas, muchas de las cuales aún no han sido entendidas de manera concluyente por los científicos.

Se sabe que el agua permanece en estado líquido después de sobreenfriarse incluso a temperaturas tan bajas como -400 ° C.
A modo de comparación, el punto de congelación del agua pura en condiciones normales es de 0 ° C.

Temperatura de Cristalización

En la mayoría de los líquidos, el proceso de congelación implica la cristalización.
La cristalización es el proceso en el que un líquido se transforma en una forma sólida cristalina por exposición a bajas temperaturas y altera la estructura atómica del líquido para formar una estructura cristalina.

La congelación se retrasa durante la cristalización y las temperaturas permanecen constantes hasta que se completa la congelación.
Además de la temperatura, otros factores que afectan el proceso de cristalización son la ionización y la polaridad del líquido.

Temperatura de Vitrificación

Existen numerosas sustancias que no cristalizan incluso cuando se someten a bajas temperaturas, pero se someten a un proceso conocido como vitrificación, donde mantienen su estado líquido, pero las bajas temperaturas alteran sus propiedades viscoelásticas. Dichas sustancias se conocen como sólidos amorfos.

Algunos ejemplos de sólidos amorfos son el glicerol y el vidrio. Se sabe que algunas formas de polímeros sufren vitrificación.
El proceso de vitrificación es distinto de la congelación porque se define como un proceso de no equilibrio donde no hay equilibrio entre una forma cristalina y su forma líquida.

Congelación Exotérmica y Endotérmica

El proceso de congelación en la mayoría de los compuestos es principalmente un proceso exotérmico, lo que significa que para que el líquido se convierta en un estado sólido, se debe liberar presión y calor.

Este calor que se libera es un calor latente y también se llama entalpía de fusión. La entalpía de fusión es la energía requerida para transformar un líquido en sólido y viceversa.

La única excepción notable a esta definición es cualquier líquido sobreenfriado debido al cambio en sus propiedades físicas.

Hay un elemento que se sabe que exhibe congelamiento endotérmico donde se requiere la temperatura más alta para que ocurra el congelamiento.

Este elemento es Helio-3 que, a una cierta presión, requiere un aumento de la temperatura para que se produzca la congelación y, por lo tanto, puede denominarse una entalpía negativa de fusión.

Temperatura Corporal

La temperatura corporal normal (normotermia) para el cuerpo humano es un concepto que varía de acuerdo con algunos aspectos, como la hora del día, la ubicación del cuerpo utilizado en la medición, el nivel de actividad corporal y algunos otros factores fisiológicos.
El valor promedio de esta temperatura está entre 36.5 ° C y 37.2 ° C.

Fiebre, Hipertermia e Hipotermia

La fiebre y la hipertermia provocan un aumento de la temperatura corporal, pero difieren en su causa.
Se considera un caso de fiebre o hipertermia cuando la temperatura corporal supera los 37.5 ° C.

La fiebre es un mecanismo de defensa que es activado en respuesta a alguna infección o inflamación.
La hipertermia es un aumento incontrolado de la temperatura, que alcanza niveles capaces de comprometer el metabolismo y es causada por factores externos.

Como la sobreexposición a altas temperaturas (sol, hornos, baños muy calientes), drogas, ejercicio en lugares muy calurosos o incluso una lesión en el hipotálamo.