Escalas de temperatura


La temperatura es una propiedad de la materia que representa el movimiento interno de las partículas que la constituyen. El instrumento utilizado para medirla es el termómetro.

Las escalas de temperatura más usadas en la actualidad son:

  • Escala Celsius o centígrados (ºC)
  • Escala Fahrenheit (ºF)
  • Escala Kelvin (K)

Existe una cuarta escala, la escala Rankine, que se encuentra en desuso. Cada escala se basa en ciertos fenómenos o puntos fijos, que sirvieron para definir el rango y los grados de medición. Por ejemplo, la escala Celsius se definió a partir del punto de fusión y de ebullición del agua.

comparacion de las escalas de temperatura celsius fahrenheit y kelvin
Termómetros donde se comparan las tres escalas de temperatura más usadas: Kelvin, Celsius y Fahrenheit.

El cero absoluto es la temperatura más fría que se puede registrar. Esto sucede porque la velocidad de las partículas o su energía cinética se vuelve cero, es decir, las partículas se detienen.

Las equivalencias del cero absoluto en las diferentes escalas son:

  • Celsius: -273 ºC
  • Fahrenheit: -459.7 ºF
  • Kelvin: 0 K.

Escala Fahrenheit

La escala Fahrenheit es la escala de temperatura que se usa en los Estados Unidos, Liberia y Bahamas, entre otros. Su símbolo es °F y se lee grados Fahrenheit.

El físico Daniel Fahrenheit (1686-1736) describió la escala que lleva su nombre en 1724. Se basa en dos puntos fijos: la temperatura a la que el agua se congela (32 ºF) y la temperatura a la que el agua hierve (212 ºF). La diferencia entre estos dos puntos son 180 grados, por lo que cada grado representa 1/180.

Originalmente, Fahrenheit planteó la escala empleando tres puntos fijos: el punto más alto era la temperatura del cuerpo humano (96 ºF), el punto intermedio era la temperatura de la mezcla de hielo y agua (32 ºF) y el punto más bajo era la temperatura de una mezcla a partes iguales de hielo, sal y agua (0 ºF).

Para convertir grados Fahrenheit a partir de grados Celsius se usa la siguiente fórmula:


Temperatura en grados Fahrenheit= (9/5 temperatura en grados Celsius) + 32

Esto es: la temperatura en grados Fahrenheit es igual a nueve quintos de la temperatura en grados Celsius más 32. Por ejemplo, si queremos convertir la temperatura ambiente de 23 ºC a ºF hacemos lo siguiente:

TºF=9/5 x (23 ºC) + 32= 41.4 +32= 73.4 ºF.

Entonces, 23ºC es igual a 73.4 ºF. La escala Fahrenheit y la escala Celsius se cruzan en los -40 º, es decir, -40 ºC es igual a -40ºF.

Escala Celsius o centígrado

La escala Celsius es la escala de temperatura más utilizada a nivel mundial. Su símbolo es ºC y se lee grados Celsius o centígrados.

En 1742, el astrónomo sueco Anders Celsius (1701-1744) propuso dos puntos fijos para hacer su escala de temperatura: el punto de fusión del hielo representaría el 0 ºC y el punto de ebullición del agua sería 100 ºC.

La escala Celsius y la escala Kelvin están relacionadas por la fórmula:

Temperatura en grados Celsius (ºC)= Temperatura en Kelvin (K)- 273,15

Por ejemplo, queremos convertir 300 K en centígrados. Para ello restamos 273.15 a 300 K:

TºC=300K-273.15= 26.85 ºC

Es decir, 300K son 26.85 ºC.

Escala Kelvin

El kelvin es la unidad para la temperatura en el Sistema Internacional y la más usada en el contexto científico. Su símbolo es K y se lee kelvin. Por ejemplo, la corona solar tiene una temperatura de 1 millón de kelvin, mientras el interior del Sol mide 10 millones de kelvin.

Para definir el kelvin, necesitamos saber que el triple punto del agua es el punto en el que podemos encontrar el agua en sus tres estados: líquido, sólido y gaseoso.

Esta temperatura se estableció como 273.16 K por un acuerdo internacional en 1954. De aquí que un kelvin se define como la fracción 1/273.16 de la temperatura termodinámica del triple punto del agua.

La escala Kelvin es la única fundamentada en los principios termodinámicos y no en cómo se comporta un determinado material.

William Thomson (1824-1907), conocido como Lord Kelvin, fue pionero en crear el concepto de la temperatura absoluta en términos termodinámicos. Él insistía en que el concepto de la temperatura absoluta no debería estar ligada a alguna propiedad de cualquier sustancia material particular, y que la temperatura debería ser una cantidad física medible.

Escala Rankine

La escala Rankine es una temperatura termodinámica que tiene como símbolo ºR y se lee grados rankin. Recibe este nombre por el ingeniero y físico William Rankine quien lo propuso en 1859.

La escala de Rankine usa el grado como el grado Fahrenheit, pero se mide a partir del cero absoluto como la escala Kelvin. Esta escala está actualmente en desuso.

Fórmulas de conversión entre las escalas de temperatura

Conociendo las relaciones entre cada escala de temperatura, podemos hacer las conversiones correspondientes siguiendo las siguientes fórmulas:

A partir de ºC A partir de K A partir de ºF A partir de ºR
A ºC - TC=TK-273.15 TC=5/9(TF-32) TC=5/9TR-273.15
A K T\K=Tc +273 - TK=5/9(TF+459.67) TK=5/9TR
A ºF TF=9/5TC +32 TF=9/5TK-459.67 - TF=TR-459.67
A ºR TR=9/5TC+491.67 TR=9/5TK TR=TF+459.67 -

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Referencias

Machin, G. (2017) Chapter 4 Temperature scales: past, present and future: 1700-2050. En: Cooper, M., Grozler, J. Precise Dimensions A history of units from 1791-2018. IOP Publishing

Temperatura y escalas termométricas. En: Salvat, J (director) (1988) Enciclopedia Salvat de Ciencia y Técnica- tomo 13. Salvat editores. Barcelona, España.

Zain, S. (2021) Thermodynamics and Statistical Mechanics. IOP Publishing.