ESCALAS TERMOMÉTRICAS

Escala Celsius o centígrada

Termómetro Fahrenheit+Celsius de pared.

Esta escala es de uso popular en los países que adhieren al Sistema Internacional de Unidades, por lo que es la más utilizada mundialmente. Fija el valor de cero grados para la fusión del agua y cien para su ebullición. Inicialmente fue propuesta en Francia por Jean-Pierre Christin en el año 1743 (cambiando la división original de 80 grados deRené Antoine Ferchault de Réaumur) y luego por Carlos Linneo, en Suiza, en el año 1745 (invirtiendo los puntos fijos asignados por Anders Celsius). En 1948, laConferencia General de Pesos y Medidas oficializó el nombre de "grado Celsius" para referirse a la unidad termométrica que corresponde a la centésima parte entre estos puntos.¹

Para esta escala, estos valores se escriben como 100 °C y 0 °C y se leen 100 grados celsius y 0 grados celsius, respectivamente.

Escala Fahrenheit

Artículo principal: Grado Fahrenheit

En los países anglosajones se pueden encontrar aún termómetros graduados en grado Fahrenheit (°F), propuesta por Gabriel Fahrenheit en 1724. La escala Fahrenheit difiere de la Celsius tanto en los valores asignados a los puntos fijos, como en el tamaño de los grados. En la escala Fahrenheit los puntos fijos son los de ebullición y fusión de una disolución de cloruro amónico en agua. Así al primer punto fijo se le atribuye el valor 32 y al segundo el valor 212. Para pasar de una a otra escala es preciso emplear la ecuación:

t(°F) = (9/5) * t(°C) + 32 ó t(°C) = (5/9) * [t(°F) - 32]

donde t(°F) representa la temperatura expresada en grados Fahrenheit y t(°C) la expresada en grados Celsius.

Su utilización se circunscribe a los países anglosajones y a Japón, aunque existe una marcada tendencia a la unificación de sistemas en la escala Celsius.

Escala Kelvin o absoluta

Se comparan las escalasCelsius y Kelvin mostrando los puntos de referencia anteriores a 1954 y los posteriores para mostrar cómo ambas convenciones coinciden. De color negro aparecen el punto triple del agua (0,01 °C, 273,16 K) y el cero absoluto(-273,15 °C, 0 K). De color gris los puntos de congelamiento (0,00 °C, 273,15 K) y ebullición del agua(100 °C, 373,15 K).

Si bien en la vida diaria las escalas Celsius y Fahrenheit son las más importantes, en ámbito científico se usa otra, llamada "absoluta" o Kelvin, en honor a sir Lord Kelvin.

En la escala absoluta, al 0 °C le hace corresponder 273,15 K, mientras que los 100 °C se corresponden con 373,15 K. Se ve inmediatamente que 0 K está a una temperatura que un termómetro centígrado señalará como -273,15 °C. Dicha temperatura se denomina "cero absoluto".

Se puede notar que las escalas Celsius y Kelvin poseen la misma sensibilidad. Por otra parte, esta última escala considera como punto de referencia el punto triple del agua que, bajo cierta presión, equivale a 0.01 °C.

La escala de temperaturas adoptada por el Sistema Internacional de Unidades es la llamada escala absoluta o Kelvin. En ella el tamaño de los grados es el mismo que en la Celsius, pero el cero de la escala se fija en el - 273,15 °C. Este punto llamado cero absoluto de temperaturas es tal que a dicha temperatura desaparece la agitación molecular, por lo que, según el significado que la teoría cinética atribuye a la magnitud temperatura, no tiene sentido hablar de valores inferiores a él. El cero absoluto constituye un límite inferior natural de temperaturas, lo que hace que en la escala Kelvin no existan temperaturas bajo cero (negativas). La relación con la escala Celsius viene dada por la ecuación:

T(K) = t(°C) + 273,15 ó t(°C) = T(K) - 273,15

T(K) = (5/9) * [t(°F) + 459,67] ó t(°F) = (9/5) * T(K) - 459,67

siendo T(K) la temperatura expresada en kelvins.

Escala Rankine

Se denomina Rankine (simbolo R) a la escala de temperatura que se define midiendo en grados Fahrenheit sobre el cero absoluto, por lo que carece de valores negativos. Esta escala fue propuesta por el físico e ingeniero escocés William Rankine en 1859.

La escala Rankine tiene su punto de cero absoluto a −459,67 °F y los intervalos de grado son idénticos al intervalo de grado Fahrenheit.

T(R) = t(°F) + 459,67 ó t(°F) = T(R) - 459,67

T(R) = (9/5) * [t(°C) + 273,16] ó t(°C) = (5/9) * [T(R) - 491,67]

siendo T(R) la temperatura expresada en grados Rankine.

Usado comúnmente en Inglaterra y en EE.UU. como medida de temperatura termodinámica. Aunque en la comunidad científica las medidas son efectuadas en Sistema Internacional de Unidades, por tanto la temperatura es medida en kelvins (K).

Escalas de temperatura en desuso

Artículo principal: Grado Réaumur

Grado Réaumur (ºRé), en desuso. Se debe a René-Antoine Ferchault de Réaumur (1683-1757). La relación con la escala Celsius es:

T(ºRé) = (4/5) * t(°C) ó t(°C) = (5/4) * T(ºRé)

T(ºRé) = (4/5) * [T(K) - 273,16] ó T(K) = (5/4) * T(ºRé) + 273,16

siendo T(ºRé) la temperatura expresada en grados Réaumur.

Escala Rømer[editar]

Artículo principal: Grado Rømer

La unidad de medida en esta escala, el grado Rømer (ºRø), equivale a 40/21 de un Kelvin (o de un grado Celsius). El símbolo del grado Rømer es ºRø.

T(ºRø) = (21/40) * t(°C) + 7,5 ó t(°C) = (40/21) * [T(ºRø) - 7,5]

T(ºRø) = (21/40) * [T(K) - 273,16] + 7,5 ó T(K) = (40/21) * [T(ºRø) - 7,5] + 273,16

siendo T(ºRø) la temperatura expresada en grados Rømer.

Escala Delisle

Creada por el astrónomo francés Joseph-Nicolas Delisle. Sus unidades son los grados Delisle (o De Lisle), se representan con el símbolo ºDe y cada uno vale -2/3 de un grado Celsius o Kelvin. El cero de la escala está a la temperatura de ebullición del agua y va aumentando según descienden las otras escalas hasta llegar al cero absoluto a 559.725ºDe.

Escala Newton

T(ºN) = (33/100) * t(°C) ó t(°C) = (100/33) * T(ºN)

T(ºN) = (33/100) * T(K) - 273,16 ó T(K) = (100/33) * T(ºN) + 273,16

siendo T(ºN) la temperatura expresada en grados Newton.

Escala Leiden[editar]

Artículo principal: Escala Leiden

Grado Leiden (ºL) usado para calibrar indirectamente bajas temperaturas. Actualmente en desuso.

Dilatación y termometría[editar]

Artículo principal: Dilatación térmica

El hecho de que las dimensiones de los cuerpos, por lo general, aumenten regularmente con la temperatura, ha dado lugar a la utilización de tales dimensiones como propiedades termométricas y constituyen el fundamento de la mayor parte de los termómetros ordinarios. Los termómetros de líquidos, como los de alcohol coloreado empleados en meteorología o los de mercurio, de uso clínico, se basan en el fenómeno de la dilatación y emplean como propiedad termométrica el volumen del líquido correspondiente.

La longitud de una varilla o de un hilo metálico puede utilizarse, asimismo, como propiedad termométrica. Su ley de variación con la temperatura para rangos no muy amplios (de 0º a 100 °C) es del tipo:

l_t = l₀ (1 + a·t)

donde l_t representa el valor de la longitud a t grados Celsius, l₀ el valor a cero grados y a es un parámetro o constante característica de la sustancia que se denomina coeficiente de dilatación lineal. La ecuación anterior permite establecer una correspondencia entre las magnitudes longitud y temperatura, de tal modo que midiendo aquélla pueda determinarse ésta.

Una aplicación termométrica del fenómeno de dilatación en sólidos lo constituye el termómetro metálico. Está formado por una lámina bimetálica de materiales de diferentes coeficientes de dilatación lineal que se consigue soldando dos láminas de metales tales como latón y acero, de igual longitud a 0 °C. Cuando la temperatura aumenta o disminuye respecto del valor inicial, su diferente da lugar a que una de las láminas se dilate más que la otra, con lo que el conjunto se curva en un sentido o en otro según que la temperatura medida sea mayor o menor que la inicial de referencia. Además, la desviación es tanto mayor cuanto mayor es la diferencia de temperaturas respecto de 0 °C. Si se añade una aguja indicadora al sistema, de modo que pueda moverse sobre una escala graduada y calibrada con el auxilio de otro termómetro de referencia, se tiene un termómetro metálico.

Otras propiedades termométricas

Algunas magnitudes físicas relacionadas con la electricidad varían con la temperatura siguiendo una ley conocida, lo que hace posible su utilización como propiedades termométricas. Tal es el caso de la resistencia eléctrica de los metales cuya ley de variación con la temperatura es del tipo:

R_t = R₀ (1 + a·t + b·t²)

siendo R₀ el valor de la resistencia a 0 °C, a y b dos constantes características que pueden ser determinadas experimentalmente a partir de medidas de R_t para temperaturas conocidas y correspondientes a otros tantos puntos fijos.

Conocidos todos los parámetros de la anterior ecuación, la medida de temperaturas queda reducida a otra de resistencias sobre una escala calibrada al efecto. Los termómetros de resistencia emplean normalmente un hilo de platino como sensor de temperaturas y poseen un amplio rango de medidas que va desde los -200 °C hasta los 1200 °C.

Los termómetros de termistores constituyen una variante de los de resistencia. Emplean resistencias fabricadas con semiconductores que tienen la propiedad de que su resistencia disminuye en vez de aumentar con la temperatura (termistores). Este tipo de termómetros permiten obtener medidas casi instantáneas de la temperatura del cuerpo con el que están en contacto.

Aplicación de las escalas termométrica

La relación existente entre las escalas termométricas más empleadas permite expresar una misma temperatura en diferentes formas, esto es, con resultados numéricos y con unidades de medida distintas. Se trata, en lo que sigue, de aplicar las ecuaciones de conversión entre escalas para determinar la temperatura en grados Celsius y en grados Fahrenheit de un cuerpo, cuyo valor en Kelvin es de 77 K.

Para la conversión de K en °C se emplea la ecuación:

t(°C) = T(K) - 273

es decir:

t(°C) = 77 - 273 = - 196 °C

Para la conversión en °F se emplea la ecuación:

t(°F) = 1,8 · t(°C) + 32

t(°F) = 1,8 · (- 196) + 32 = - 320,8 °F