Entrando en Agua Caliente: La Física de la Temperatura

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Siempre empiezas un cálculo u observación en física haciendo mediciones; y cuando los temas de física que estás discutiendo son el calor y la temperatura, tienes varias escalas diferentes a tu disposición – más notablemente, Fahrenheit, Celsius, y Kelvin.

Cuando el termómetro dice Fahrenheit

En los Estados Unidos, la escala de temperatura más común es la escala Fahrenheit. Al igual que en otras escalas de temperatura, las mediciones en la escala Fahrenheit se realizan en grados. Por ejemplo, la temperatura de la sangre de un ser humano sano es de 98.6 ° F – la F significa que usted está usando la escala Fahrenheit.

Cuando el termómetro dice Celsius

El sistema Fahrenheit no era muy reproducible en sus inicios, por lo que se desarrolló otro sistema: la escala Celsius (anteriormente llamada el sistema Centigrade). Con este sistema, el agua pura se congela a 0°C y hierve a 100°C. Estas medidas son más fáciles de reproducir que las de 32° y 212° de Fahrenheit porque el agua pura es fácil de obtener. Así es como se unen los dos sistemas de medición de temperatura (estas mediciones están al nivel del mar; cambian a medida que se asciende en altitud):

Agua de congelación = 32°F = 0°C

Agua hirviendo = 212°F = 100°C

Si se hace el cálculo, se encuentran 180°F entre los puntos de congelación y de ebullición en el sistema Fahrenheit y 100°C en el sistema Celsius, por lo que la relación de conversión es de 180 / 100 = 18 / 10 = 9 / 5. Y no olvide que las mediciones también están compensadas por 32 grados (el punto 0 de la escala Celsius corresponde al punto de 32 grados de la escala Fahrenheit). Poner estas ideas juntas te permite convertir de Celsius a Fahrenheit o de Fahrenheit a Celsius muy fácilmente; sólo recuerda estas ecuaciones:

C = (5 / 9)(F – 32)

F = (9 / 5) C + 32

Por ejemplo, la temperatura de la sangre de un ser humano sano es de 98.6°F. ¿Qué es lo que esto equivale en Celsius? Sólo enchufa los números:

C = (5 / 9)(F – 32) = (5 / 9)(98.6 – 32) = 37.0°C

Cuando el termómetro dice que Kelvin

William Thompson creó un tercer sistema de temperatura, que ahora es de uso común en la física, en el siglo XIX: el sistema Kelvin (más tarde se convirtió en Lord Kelvin). El sistema Kelvin se ha vuelto tan central en la física que los sistemas Fahrenheit y Celsius se definen en términos del sistema Kelvin, un sistema basado en el concepto de cero absoluto.

Análisis del cero absoluto

La temperatura es realmente una medida del movimiento molecular, es decir, la velocidad y la cantidad de movimiento de las moléculas de cualquier objeto que se esté midiendo. Las moléculas se mueven más y más lentamente a medida que la temperatura disminuye. En el cero absoluto, las moléculas se detienen, lo que significa que ya no se pueden enfriar. Ningún sistema de refrigeración en el mundo – o en el universo entero – puede ir más bajo.

El sistema Kelvin se basa en el cero absoluto como punto cero, lo que tiene sentido cuando se piensa en ello. Lo que es un poco extraño es que no se mide la temperatura en esta escala en grados; se mide en kelvin (parece que Lord Kelvin quería asegurarse de no olvidar nunca su nombre). Una temperatura de 100° en el sistema Celsius es de 100°C, pero una temperatura de 100 es de 100 kelvin en la escala de Kelvin. Este sistema se ha adoptado tan ampliamente que la unidad de temperatura oficial de los medidores-kilogramos-segundos (MKS, por sus siglas en inglés) es el kelvin (en la práctica, se ve que los °C se utilizan con más frecuencia en la física introductoria).

Haciendo conversiones a Kelvin

Cada kelvin tiene el mismo tamaño que un grado Celsius, lo que facilita la conversión entre grados Celsius y kelvins. En la escala Celsius, el cero absoluto es -273,15°C. Esta temperatura corresponde a 0 kelvins, que usted también escribe como 0K (no, por favor tenga en cuenta, 0°K).

Por lo tanto, para convertir entre las escalas Celsius y Kelvin, todo lo que tienes que usar es la siguiente fórmula:

K = C + 273,15

C = K – 273,15

Y para convertir de kelvins a Fahrenheit, puedes usar esta fórmula:

F = (9 / 5)(K – 273.15) + 32 = (9 / 5)K – 459.67

¿A qué temperatura hierve el agua en los kelvins? Bueno, el agua pura hierve a 100°C, así que

K = C + 273,15 = 100 + 273,15 = 373,15K

El agua hierve a 373.15K.

El helio se convierte en líquido a 4.2K; ¿qué es eso en °C? Usa la fórmula:

C = K – 273,15 = 4,2 – 273,15 = -268,95°C

El helio se licua a -268,95°C. Bastante frío.

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