Unidades de medición de temperatura
El hielo de agua se derrite a 0{eq}^{\circ} {/eq}C. La temperatura promedio en Marte es -81{eq}^{\circ} {/eq}F. La temperatura ambiente estándar es 288,15 K. ¿Qué significan estas unidades de temperatura? ¿En qué se diferencian unos de otros? En esta lección, aprenderá sobre las diferentes escalas de temperatura y sus correspondientes conversiones.
La temperatura es la medida objetiva de qué tan caliente o frío está un objeto. Se define como la energía cinética promedio de las moléculas de un objeto. Pero ¿qué significa esto? Considere un volumen específico de gas colocado en un recipiente. A temperatura ambiente, las moléculas de gas se mueven aleatoriamente en todas direcciones, chocando entre sí y con las paredes del recipiente. Cuando se coloca una fuente de calor cerca del recipiente, las moléculas de gas comienzan a moverse rápidamente. Esto significa que aumenta la energía cinética de las moléculas de gas. Es importante señalar que cada molécula puede tener diferentes energías cinéticas en este punto. Aquellas moléculas con mayor energía cinética pueden colisionar y transferir parte de su energía cinética a aquellas moléculas con inicialmente menor energía cinética. La energía cinética promedio de todas estas moléculas ahora se llama temperatura.
La temperatura se mide mediante termómetros. Existen varios tipos de termómetros porque también existen diferentes propiedades físicas que varían uniformemente con la temperatura. Un ejemplo clásico son los termómetros de alcohol y mercurio, que dependen del aumento de volumen de las sustancias a medida que aumenta también la temperatura. El alto coeficiente de expansión térmica volumétrica del alcohol le permite elevarse y expandirse rápidamente dentro del tubo cuando la temperatura aumenta y se contrae cuando la temperatura disminuye.
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La resistencia eléctrica, el color y la emisión de infrarrojos también son algunas de las propiedades utilizadas para diseñar un termómetro. Un termómetro infrarrojo se utiliza para medir la temperatura de una persona o de un objeto a distancia. Utiliza una lente para enfocar la luz infrarroja de un objeto a un detector llamado termopila. La termopila absorbe la radiación infrarroja y la convierte en calor. Se produce una salida de voltaje específica en relación con el calor absorbido. Luego, el detector lo utiliza para registrar y determinar la temperatura.
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Curiosamente, un termómetro funciona midiendo su propia temperatura. Tenga en cuenta que cuando se utilizan termómetros de alcohol, hay un breve período de tiempo para esperar a que la temperatura se estabilice y permanezca constante. Cuando un termómetro se pone en contacto con una sustancia o un objeto que se está midiendo, el calor se transfiere del objeto más caliente al más frío. La transferencia de calor continúa hasta que ambos objetos alcanzan el equilibrio térmico. Una vez que las temperaturas entre el termómetro y la sustancia son iguales, el termómetro registra su propia temperatura.
¿Cómo diferenciar calor de temperatura?
Los termómetros utilizan diferentes escalas de medición. Las tres unidades o escalas de medición de temperatura más comunes son Fahrenheit, Celsius y Kelvin.
Fahrenheit
La escala Fahrenheit lleva el nombre del físico alemán Daniel Gabriel Fahrenheit (1686-1736), quien desarrolló la misma escala en 1724. Su unidad de medida de temperatura es el grado Fahrenheit ({eq}^{\circ} {/eq}F). En esta escala, el punto de congelación del agua es 32{eq}^{\circ} {/eq}F, mientras que su punto de ebullición es 212{eq}^{\circ} {/eq}F.
Celsius
La escala Celsius lleva el nombre del astrónomo sueco Anders Celsius (1701-1744). Su unidad de medida de temperatura es el grado Celsius ({eq}^{\circ} {/eq}C). En la escala Celsius, el punto de congelación del agua es 0{eq}^{\circ} {/eq}C mientras que su punto de ebullición es 100{eq}^{\circ} {/eq}C.
kélvin
La escala Kelvin, también llamada escala de temperatura absoluta, define como cero absoluto la temperatura más baja posible, 0 K. A esta temperatura, todas las partículas de una sustancia dejan de moverse y la energía cinética promedio se vuelve aproximadamente cero. En la escala Kelvin, el punto de congelación del agua es 273,15 K, mientras que su punto de ebullición es 373,15 K. Su unidad de medida es el kelvin (K), que también es la unidad de temperatura del Sistema Internacional (SI). A diferencia de Fahrenheit y Celsius, Kelvin no tiene signo de grado.
La escala Kelvin lleva el nombre del físico escocés-irlandés William Thomson (1824-1907), también conocido como Lord Kelvin. Propuso que se necesita una escala termométrica absoluta y definir con precisión temperaturas extremadamente bajas.
Fórmula de densidad, unidades y ejemplos: Cómo encontrar la densidad
La relación entre las tres escalas de temperatura se muestra en la siguiente figura.
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Conversión de unidades de temperatura
La conversión de unidades de temperatura se puede realizar utilizando las ecuaciones siguientes. Considere también los ejemplos proporcionados en cada sección.
Fahrenheit a Celsius y Kelvin
Para convertir de la escala Fahrenheit a la escala Celsius, use:
{eq}T_{^{\circ}C}=\frac{5}{9}(T_{^{\circ}F}-32) {/eq}.
Para convertir de la escala Fahrenheit a Kelvin, use:
Exosfera: Definición, temperatura y características
{eq}T_{K}=\frac{5}{9}(T_{^{\circ}F}-32)+273,15 {/eq}.
La conversión de la escala Fahrenheit a Kelvin implica primero la conversión de la escala Fahrenheit a Celsius. Después de eso, convierta la temperatura de Celsius a Kelvin.
Practique la conversión de escalas de temperatura usando el siguiente ejemplo.
La temperatura promedio normal del cuerpo humano suele ser de alrededor de 98,6{eq}^{\circ} {/eq}F. (a) ¿Cuál es la temperatura corporal normal en {eq}^{\circ} {/eq}C? (b) ¿Cuál es esta temperatura en Kelvin?
Paso 1: Identificar la cantidad dada.
La temperatura promedio normal del cuerpo humano es 98,6{eq}^{\circ} {/eq}F. La temperatura dada está en {eq}^{\circ} {/eq}F.
Paso 2: encuentre la cantidad requerida
(a) Convierta la temperatura de Fahrenheit a Celsius.
(b) Convierta la temperatura de Fahrenheit a Kelvin.
Paso 3: Escribe las ecuaciones necesarias.
(a) {eq}T_{^{\circ}C}=\frac{5}{9}(T_{^{\circ}F}-32) {/eq}
(b) {eq}T_{K}=\frac{5}{9}(T_{^{\circ}F}-32)+273,15 {/eq}
Paso 4: Sustituye el valor dado en las ecuaciones.
(a) {eq}T_{^{\circ}C}=\frac{5}{9}(98,6^{\circ}F-32) {/eq}
(b) {eq}T_{K}=\frac{5}{9}(98,6^{\circ}F-32)+273,15 {/eq}
Paso 5: Encuentra la respuesta.
(a) 37{eq}^{\circ} {/eq}C
(b) 310,15 kilos
Celsius a Fahrenheit y Kelvin
Para convertir de escala Celsius a escala Fahrenheit, use:
{eq}T_{^{\circ}F}=\frac{9}{5}T_{^{\circ}C}+32 {/eq}.
Para convertir de escala Celsius a escala Kelvin, utilice:
{eq}T_{K}=T_{^{\circ}C}+273,15 {/eq}
Utilice el siguiente ejemplo para practicar la conversión de escalas Celsius a Fahrenheit y Kelvin.
La temperatura más fría jamás registrada en la superficie de la Tierra fue -89{eq}^{\circ} {/eq}C en la estación Vostok, en la Antártida. (a) ¿Cuál es esta temperatura en {eq}^{\circ} {/eq}F? (b) ¿Cuál es su equivalente en K?
Paso 1: Identificar la cantidad dada.
La temperatura más fría jamás registrada en la superficie de la Tierra fue -89{eq}^{\circ} {/eq}C. La temperatura dada está en {eq}^{\circ} {/eq}C.
Paso 2: encuentre la cantidad requerida.
(a) Convierta la temperatura de Celsius a Fahrenheit.
(b) Convierta la temperatura de Celsius a Kelvin.
Paso 3: Escribe las ecuaciones necesarias.
(a) {eq}T_{^{\circ}F}=\frac{9}{5}T_{^{\circ}C}+32 {/eq}
(b) {eq}T_{K}=T_{^{\circ}C}+273,15 {/eq}
Paso 4: Sustituye el valor dado en las ecuaciones.
(a) {eq}T_{^{\circ}F}=\frac{9}{5}(-89^{\circ}C)+32 {/eq}
(b) {eq}T_{K}=-89^{\circ}C+273,15 {/eq}
Paso 5: Encuentra la respuesta.
(a) -128,2{eq}^{\circ} {/eq}F
(b) 184,15 K
Kelvin a Fahrenheit y Celsius
Para convertir de escala Kelvin a escala Fahrenheit, use:
{eq}T_{^{\circ}F}=\frac{9}{5}(T_{K}-273,15)+32 {/eq}.
Para convertir de escala Kelvin a escala Celsius, use:
{eq}T_{^{\circ}C}=T_{K}-273,15 {/eq}.
Practique la conversión de temperaturas de Kelvin a Fahrenheit y Celsius usando el ejemplo que se proporciona a continuación.
La temperatura en la superficie del sol es 5800 K. ¿Cuál es su temperatura en (a) Fahrenheit y (b) Celsius?
Paso 1: Identificar la cantidad dada.
La temperatura en la superficie del sol es 5800 K. La temperatura dada está en K.
Paso 2: Encuentre la cantidad requerida.
(a) Convierta la temperatura de Kelvin a Fahrenheit.
(b) Convierta la temperatura de Kelvin a Celsius.
Paso 3: Escribe las ecuaciones necesarias.
(a) {eq}T_{^{\circ}F}=\frac{9}{5}(T_{K}-273,15)+32 {/eq}
(b) {eq}T_{^{\circ}C}=T_{K}-273,15 {/eq}
Paso 4: Sustituye el valor dado en las ecuaciones.
(a) {eq}T_{^{\circ}F}=\frac{9}{5}(5800 K-273,15)+32 {/eq}
(b) {eq}T_{^{\circ}C}=5800 K-273,15 {/eq}
Paso 5: Encuentra la respuesta.
(a) 9980,33{eq}^{\circ} {/eq}F
(b) 5526,85{eq}^{\circ} {/eq}C
Cómo medir grados Celsius
La escala Celsius se basa en los puntos de congelación y ebullición del agua en condiciones atmosféricas normales, como la utiliza Anders Celsius como referencia. Colocó 0{eq}^{\circ} {/eq}C como punto de ebullición y 100{eq}^{\circ} {/eq}C como punto de congelación, que es la versión inversa de lo que se utiliza hoy en día.. Invirtió la escala después de un año y se ha utilizado ampliamente en todo el mundo debido a la fácil replicación de los puntos de referencia. Los dos principales puntos de referencia se utilizan hasta el día de hoy sobre cómo medir grados Celsius.
Históricamente, la escala Fahrenheit se determinaba utilizando tres puntos de temperatura fijos. Para 0{eq}^{\circ} {/eq}F, Daniel Fahrenheit eligió la temperatura más baja alcanzable en el laboratorio utilizando una mezcla de hielo, agua y sal, adoptada de la invención de un científico danés llamado Ole Roemer. Luego eligió la temperatura normal del cuerpo humano de 96{eq}^{\circ} {/eq}F como punto de referencia superior. Más tarde, añadió el punto de congelación del agua a 32{eq}^{\circ} {/eq}F como tercer punto de referencia.
Hoy en día, los dos puntos de referencia fijos utilizados para la escala Fahrenheit son el punto de hielo a 32{eq}^{\circ} {/eq}F y el punto de vapor a 212{eq}^{\circ} {/eq}F. En esta escala, la temperatura normal del cuerpo humano es de 98,6{eq}^{\circ} {/eq}F. Observe que hay una diferencia de 180 grados en la escala Fahrenheit en comparación con la diferencia de 100 grados en la escala Celsius. Por lo tanto, una diferencia de temperatura en la escala Celsius es 1,8 o {eq}\frac{9}{5} {/eq} veces mayor que la diferencia en la escala Fahrenheit. Las escalas Celsius y Fahrenheit coinciden a una temperatura específica. Ambas escalas de temperatura son iguales a -40{eq}^{\circ} {/eq}F y -40{eq}^{\circ} {/eq}C.
La escala Kelvin utiliza el concepto de movimiento molecular para definir las temperaturas más baja y más alta. Como se mencionó anteriormente, el cero absoluto o 0 K es la temperatura más baja posible, que es la temperatura donde las moléculas dejan de moverse. La unidad kelvin también se define como {eq}\frac{1}{273.16} {/eq} de la temperatura termodinámica del punto triple del agua. El punto triple es la combinación única de presión y temperatura en la que el agua coexiste como sólido, líquido y gas. Equivale a 0,01{eq}^{\circ} {/eq}C o 32,018{eq}^{\circ} {/eq}F.
Tenga en cuenta que al utilizar el factor de conversión de Celsius a Kelvin de 273,15, se puede convertir fácilmente de Celsius a Kelvin y viceversa. Esto se debe a que tanto en la escala Kelvin como en la Celsius, la diferencia entre los puntos de congelación y ebullición del agua es 100. Por lo tanto, las magnitudes de las escalas Kelvin y Celsius son las mismas. Esto significa que un cambio de temperatura de 1 K es igual a un cambio de temperatura de 1{eq}^{\circ} {/eq}C.
Resumen de la lección
La temperatura se refiere a la energía cinética promedio de las moléculas de un objeto. Esta energía cinética media proporciona la percepción del calor y el frío de un objeto. Se mide utilizando un termómetro como un termómetro de alcohol en vidrio. Debido al alto coeficiente de expansión térmica del volumen del alcohol, éste sube y se expande rápidamente dentro del tubo del termómetro cuando aumenta la temperatura.
Hay tres escalas de temperatura comunes que se utilizan en la actualidad, a saber, las escalas Celsius, Fahrenheit y Kelvin. En la escala Fahrenheit, el punto de congelación del agua es 32{eq}^{\circ} {/eq}F, mientras que su punto de ebullición es 212{eq}^{\circ} {/eq}F. En la escala Celsius, el punto de congelación del agua es 0{eq}^{\circ} {/eq}C mientras que su punto de ebullición es 100{eq}^{\circ} {/eq}C. Las escalas Fahrenheit y Celsius se cruzan en una temperatura específica, -40. El Kelvin es la unidad SI de temperatura. En la escala Kelvin, el punto de congelación del agua es 273,15 K, mientras que su punto de ebullición es 373,15 K. Existen ecuaciones que se pueden utilizar para convertir de una escala de temperatura a otra.
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