Temperatura

La temperatura es una magnitud escalar que indica el grado de agitación de las partículas de un material. Esta es a su vez una forma indirecta de intuir la energía térmica de este. A mayor temperatura, mayor energía tienen las partículas del material, lo cual tiene una manifestación térmica que puede ser percibida por el tacto como caliente o frío.

La temperatura no posee una definición específica como otras magnitudes físicas, lo que en un principio pudo representar un contratiempo para tomar mediciones. Para esto se recurrió la ley cero de la termodinámica, que establece que dos cuerpos con distinta energía térmica entran en contacto, el de mayor energía cederá parte de esta al de menor energía para que en algún momento ambos tengan la misma cantidad de energía.

Escalas

Entre los siglos 17 y 18, los científicos trataron de, dar una respuesta a la medición de la temperatura, sin embargo, cada uno de ellos realizaba mediciones y parametrizaciones con materiales y métodos no rigurosamente elegidos, dando lugar a ambigüedades. Luego de un largo proceso, y con el desarrollo de la termodinámica, se pudieron establecer escalas de medición de la temperatura.

•  La escala Celsius: Originalmente llamada escala centígrada, debido a que la diferencia entre la temperatura de ebullición y de solidificación del agua existe una diferencia de 100 grados (100°C y 0°C respectivamente), donde los grados se denotan con el distintivo °C. Esta escala forma parte de las unidades de medida derivadas dentro del sistema internacional.
• La escala Fahrenheit:  Este es una escala de temperatura que muy pocos países utilizan de forma oficial y otros pocos lo utilizan junto con la escala Celsius. En esta escala los valores llevan el distintivo °F, donde el punto de ebullición del agua se fija en 122°F y el punto de congelamiento -32°F.
• La escala Kelvin: Es la escala utilizada de forma oficial dentro del ámbito científico y la unidad de medida fundamental para la temperatura en el sistema internacional. Esta está basada en la escala Celsius; sin embargo, este toma como punto cero al cero absoluto (-273,15°C): temperatura más baja a la que es posible llegar.
  Las temperaturas en esta escala se denotan simplemente ubicando la K al lado del valor numérico de la temperatura, sin utilizar el símbolo '°', como en las demás escalas. Así, el punto de congelamiento del agua es 273,15 K y 373,13 K el de ebullición.
• La escala  Rankine: Esta escala es similar a la escala Kelvin, con la diferencia de que esta basada en la escala de temperatura Fahrenheit, donde el cero absoluto es de -459,67°F. Los valores de temperatura en esta escala pueden denotarse con °R o simplemente R, donde la temperatura de solidificación del agua es 491,67°R y el punto de ebullición es de 671,64°R.

Pasar de una escala a otra

Para pasar valores de temperatura de una escala a otra se debe recurrir a las siguientes relaciones:

Formas de medición

Algunas propiedades de la materia se alteran con determinados cambios de temperatura. Estas alteraciones pueden ser detectadas y cuantificadas, de forma que es posible tener una medición indirecta de la temperatura y con esto crear distintos tipos de termómetros. Algunas de estas propiedades se citan a continuación.

• Dilatación y contracción: Uno de los efectos más conocidos del cambio de temperatura en los materiales es que estos se expanden o dilatan con el calor y se contraen con el frío. Un ejemplo de esto es el termómetro de mercurio se expande cuando es expuesto a un aumento de temperatura y se contrae ante una situación opuesta.
• Variación en la resistencia eléctrica: Cuando un material conduce electricidad a través de él, este aumenta su temperatura. Con esto los átomos y moléculas que componen el material se agitan e impiden un paso ordenado de la corriente; esto es lo que se llama resistencia.
  
  Gracias a esta propiedad, los dispositivos electrónicos pueden tener una medida de la temperatura monitoreando las variaciones en el flujo de la corriente eléctrica que pasa a través de ellos.
• Radiación térmica: Todos los cuerpos emiten un tipo de radiación denominada radiación térmica, cuya magnitud es proporcional a la temperatura que el cuerpo tenga: a mayor temperatura, mayor radiación se emite. Esta es la forma en la cual los termómetros infrarrojos pueden obtener una medición de la temperatura de un objeto sin entrar en contacto con este.
• Efecto termoeléctrico: Este es un fenómeno que ocurre cuando dos piezas de metal se encuentran unidas, teniendo la unión y los extremos de los metales distinta temperatura. Esta diferencia de temperatura genera un voltaje, cuya magnitud es proporcional a la diferencia de temperatura del sistema. Este efecto es aprovechado para la fabricación de termómetros de cámaras de gases y hornos.

Tipos

A manera de un uso técnico de algunos valores de temperatura, existen terminologías utilizadas para hacer acotaciones puntuales.

• Temperatura corporal: Hace referencia, generalmente, a la temperatura del cuerpo humano, cuya magnitud depende de la edad, momento del día o actividad que se esté realizando. Se puede considerar que una persona debería de tener en promedio una temperatura corporal entre 36.1°C (97°F) y 37.2°C (99°F).
• Temperatura ambiente: Es la temperatura que tiene el aire circundante en determinado lugar, independiente de que sea un espacio abierto o cerrado.
• Temperatura húmeda: Esta medida de la temperatura es utilizada para el cálculo de la humedad del ambiente y una estimación de la sensación térmica. Su obtención consiste en la utilización de un termómetro con un paño húmedo, la humedad del paño absorbe calor del termómetro para evaporar agua, arrojando una medida menor de la temperatura ambiente.
• Temperatura seca: Es una forma específica de referirse a la temperatura ambiente en espacios abiertos. Específicamente, el termómetro que se utiliza para esta medición se encuentra resguardada del sol, de esta forma da una medida de la temperatura del aire más precisa.
• Temperatura basal: Esta es la temperatura más baja que alcanza el cuerpo durante el reposo. La temperatura basal es tomada en cuenta para el monitoreo de los periodos fértiles de la mujer: en promedio, las mujeres poseen una temperatura basal de entre 36,2°C a 36,4°C, pero durante su periodo de ovulación pueden alcanzar temperaturas entre los 36,4°C a 37°C.
• Temperatura de ignición: Esta se define como la temperatura mínima necesaria para que un material combustible arda y la llamas generadas se mantengan sin necesidad de fuentes de calor externa. Para iniciar el proceso de ignición se necesita que la fuente de calor externa tenga una temperatura mayor a la temperatura de ignición de la sustancia.

Diferencia entre calor y temperatura

Existe una estrecha relación entre el calor y la temperatura, sin embargo, no deben de tomarse como sinónimos, puesto que poseen definiciones distintas. El calor es definido como la transferencia de energía entre dos sistemas termodinámicos por medio de trabajo o trasferencia de masa, y su unidad de medida respectiva es el Julio, la unidad de medida de la energía, aunque también es utilizado la Caloría.

La temperatura, por otra parte, es una medida indirecta del estado energético de un sistema termodinámico por medio de una parametrización térmica. De esta forma, el concepto de temperatura no involucra a más de un cuerpo, mientras que definición la definición de calor se establece con la necesidad de dos o más cuerpos para poder dar lugar a la transferencia de energía.

A su vez, se debe tener en cuenta que el calor es una cantidad física que pude ser transmitida mediante los siguientes mecanismos:

•  Conducción: Cuando dos cuerpos de diferente temperatura entran en contacto, el de mayor temperatura cederá su energía térmica al otro, con la finalidad de que en algún momento ambos estén a la misma temperatura, por ende, en el mismo estado energético.
• Radiación: El estado energético de las partículas de un material genera un campo electromagnético, con esto los cuerpos se convierten en fuentes de ondas electromagnéticas. Cuando otro cuerpo es alcanzado por estas ondas, incrementa su energía interna. De esta forma se establece una transferencia de energía.
• Convección: La transferencia de calor en los fluidos se da por medio del movimiento de masa de zonas más calientes (mayor energía) a zonas menos calientes (menor energía). De esta forma el sistema busca establecer un equilibrio térmico, esto es: que toda la masa que comprende al fluido tenga la misma cantidad de energía. Este comportamiento pude verse en el agua en ebullición.

En contraparte, la temperatura no pude ser transmitida ni propagada. Otra diferencia entre estas cantidades es la medición; la temperatura puede obtenerse de una forma muy directa con un termómetro, sin embargo, para la medición de calor se necesita recurrir a cálculos. Para esto se tienen los calorímetros, que son artefactos más complejos que un termómetro de mercurio.

Datos relevantes

Existen algunos valores de temperatura que resultan convenientes saberlos como parte de conocimiento general.

• La temperatura corporal promedio es de 36,5°C.
• La temperatura de ebullición del agua es de 100°C, y la temperatura de fusión y solidificación es de 0°C.
• En el vacío, no se puede obtener una medida de la temperatura ambiente, debido a la ausencia de partículas de gases. En cambio, un cuerpo en el vacío sí tiene una medida de temperatura relacionada con su energía interna.
• La temperatura de la superficie del sol es en promedio 5 500°C y 15 000 000°C en su núcleo.
• La temperatura promedio de la tierra es de 15°C, sin embargo, existen zonas donde se han registrado valores extremos como por ejemplo unos 70,1°C en el Desierto de Lut (Irán) y -89,2°C en Vostok (Antártica).