Temperatura: definición científica, escalas y cómo se mide
Temperatura: definición científica, escalas (Celsius, Fahrenheit, Kelvin) y métodos de medida con termómetros. Aprende cómo se mide y qué significa a nivel molecular.
La temperatura es lo caliente o frío que está algo. Nuestro cuerpo puede sentir la diferencia entre algo que está caliente y algo que está frío. Para medir la temperatura con mayor precisión, se puede utilizar un termómetro. Los termómetros utilizan una escala de temperatura para registrar lo caliente o frío que está algo. La escala utilizada en la mayor parte del mundo es en grados Celsius, a veces llamados "centígrados". En EE.UU. y algunos otros países se utilizan más a menudo los grados Fahrenheit, mientras que los científicos utilizan sobre todo los kelvins para medir la temperatura porque nunca baja de cero.
Científicamente, la temperatura es una magnitud física que describe la rapidez con la que se mueven las moléculas dentro de un material. En los sólidos y los líquidos las moléculas están vibrando alrededor de un punto fijo de la sustancia, pero en los gases están en vuelo libre y rebotan unas contra otras mientras se desplazan. En un gas, la temperatura, la presión y el volumen del gas están estrechamente relacionados por una ley física.
Definición física y significado
En física, la temperatura no es solo una sensación; es una magnitud que cuantifica el grado medio de agitación térmica de las partículas (átomos o moléculas) de una sustancia. A mayor temperatura, mayor es la energía cinética media de esas partículas. Esta idea está en la base de la teoría cinética de los gases y de la termodinámica.
Escalas de temperatura más usadas
- Celsius (°C): escala basada en los puntos de congelación (0 °C) y ebullición (100 °C) del agua, a presión atmosférica normal.
- Fahrenheit (°F): utilizada sobre todo en EE.UU.; la relación con Celsius es F = C × 9/5 + 32.
- Kelvin (K): escala absoluta usada en ciencia. 0 K corresponde al cero absoluto (la temperatura más baja posible). La relación con Celsius es K = C + 273.15.
Cero absoluto y equilibrio térmico
El cero absoluto es la temperatura teórica más baja y equivale a −273,15 °C o 0 K. A esa temperatura, la agitación térmica clásica de las partículas sería mínima. Cuando dos cuerpos en contacto térmico alcanzan la misma temperatura, se dice que están en equilibrio térmico, y no hay flujo neto de energía térmica entre ellos.
CÓMO SE MIDE LA TEMPERATURA
Existen distintos tipos de termómetros, adecuados según la aplicación:
- Termómetros de líquido en vidrio: usan mercurio o alcohol coloreado; el líquido se expande con la temperatura y sube en un capilar graduado.
- Termómetros eléctricos/digitales: emplean sensores como termistores, termopares o detectores de resistencia (RTD) que cambian su resistencia o generan una pequeña tensión con la temperatura.
- Termómetros infrarrojos: miden la radiación térmica emitida por un objeto sin contacto directo; útiles para superficies calientes, medición rápida o situaciones sanitarias.
- Bulbo clínico: diseñados para medir la temperatura corporal con precisión, calibrados y con rangos adaptados al uso humano.
Todos los sensores requieren calibración periódica y deben emplearse según sus límites de uso para obtener medidas fiables.
Relación con otras magnitudes físicas
En los gases ideales, la temperatura, la presión y el volumen están relacionados por la ecuación de estado PV = nRT, donde T debe estar en kelvins. Esta relación explica, por ejemplo, por qué al calentar un gas a volumen constante aumenta su presión.
A nivel microscópico, la temperatura está relacionada con la energía cinética media de las partículas; en un gas monoatómico ideal, la energía cinética media por partícula es proporcional a la temperatura absoluta.
Valores habituales y aplicaciones prácticas
- Temperatura ambiente típica: 18–25 °C.
- Temperatura corporal humana: alrededor de 36,5–37,5 °C (varía según persona y método de medida).
- Temperatura de congelación del agua: 0 °C (32 °F); ebullición: 100 °C (212 °F) a 1 atm.
La medición de la temperatura es esencial en medicina, meteorología, procesos industriales, investigación científica, climatización y muchas otras áreas.
Consejos para medir correctamente
- Elegir el tipo de termómetro adecuado para la aplicación (contacto vs. sin contacto, rango de temperatura, precisión).
- Evitar fuentes de error: corrientes de aire, radiación solar directa, objetos que no estén en equilibrio térmico con el sensor.
- Calibrar los instrumentos según normas o procedimientos del fabricante.
Escalas de temperatura
Temperaturas útiles
Cuando inventaron las escalas de temperatura, los científicos descubrieron que había ciertas cosas que estaban siempre a la misma temperatura:
- El agua se congela a una temperatura de 0 °C, 32 °F, o 273,15 K.
- La temperatura en el interior del cuerpo humano es cercana a los 37 °C o 98 °F.
- El agua hierve a 100 °C, 212 °F, o 373,15 K.
- Las cosas comienzan a brillar al rojo vivo a aproximadamente 550 °C, 1.000 °F, o 800 K.
- Las cosas comienzan a brillar al rojo vivo a unos 1.300 °C, 2.400 °F, o 1.600 K.
- La temperatura más fría posible es el cero absoluto. El cero absoluto es 0 K, -459 °F, o -273,15 °C. En el cero absoluto, las moléculas y los átomos entran en reposo y, por tanto, no tienen energía térmica.
- La temperatura más alta posible es la temperatura de Planck. Cuando las cosas se calientan, brillan. Primero se calientan al rojo, que tiene una longitud de onda larga, y finalmente al azul, que tiene una longitud de onda corta. Cuanto más calientes están, más corta es la longitud de onda de la luz con la que brillan. A la temperatura de Planck, esta longitud de onda es lo más corta posible. Hay que tener en cuenta que a partir de aquí se podría añadir más energía al sistema, pero no sabemos qué pasaría. La temperatura de planck es extremadamente alta, a 141.678.400.000.000.000.000.000.000.000 K o °C, o 255.021.120.000.000.000.000.000.000.000.000.°F.
Temperatura y calor
La temperatura no es lo mismo que el calor. El calor es la energía que se mueve de una cosa, enfriándola, a otra, calentándola. La temperatura es una medida de los movimientos (vibración) de las moléculas dentro de una cosa. Si la cosa tiene una temperatura alta, significa que la velocidad media de sus moléculas es rápida. Una cosa puede tener una temperatura alta pero, al contener muy pocos átomos o átomos ligeros, tiene muy poco calor.
Capacidad calorífica
La cantidad de calor que se necesita para que una sustancia aumente un grado se denomina capacidad calorífica. Diferentes sustancias tienen diferentes capacidades caloríficas. Por ejemplo, un kilo de agua tiene más capacidad calorífica que un kilo de acero. Esto significa que se necesita más energía para hacer que la temperatura del agua sea 1°C más caliente que la que se necesita para hacer que la temperatura del acero sea 1°C más caliente.
El tiempo
La temperatura también es importante en el tiempo y el clima. Está relacionada con la cantidad de energía térmica en el aire. Los mapas de isotermas se utilizan para mostrar las diferencias de temperatura en una zona. La temperatura será diferente a distintas horas del día, en distintas estaciones y en distintos lugares. Se ve afectada por la cantidad de calor que llega al lugar desde los rayos del sol (insolación), la altura del lugar sobre el nivel del mar y la cantidad de calor que se lleva al lugar por el movimiento de los vientos y las corrientes marinas.
Páginas relacionadas
- Punto de rocío
- Humedad relativa
Preguntas y respuestas
P: ¿Qué es la temperatura?
R: La temperatura es lo caliente o frío que está algo.
P: ¿Cómo podemos medir la temperatura con precisión?
R: Para medir la temperatura con mayor precisión, se puede utilizar un termómetro.
P: ¿Qué escala utiliza la mayor parte del mundo para registrar las temperaturas?
R: La mayor parte del mundo utiliza los grados Celsius, a veces llamados "centígrados", para registrar las temperaturas.
P: ¿En qué países se utilizan más los grados Fahrenheit?
R: Los grados Fahrenheit se utilizan más a menudo en EE.UU. y en algunos otros países.
P: ¿Qué escala utilizan principalmente los científicos para medir la temperatura?
R: Los científicos utilizan sobre todo los kelvins para medir la temperatura porque nunca baja de cero.
P: ¿Cómo se mueven las moléculas dentro de un material?
R: Científicamente, la temperatura es una magnitud física que describe la rapidez con la que se mueven las moléculas dentro de un material. En los sólidos y en los líquidos las moléculas están vibrando alrededor de un punto fijo de la sustancia, pero en los gases están en vuelo libre y rebotan unas contra otras mientras se desplazan.
P: ¿Existe alguna ley física relacionada con la temperatura, la presión y el volumen de los gases?
R: Sí, existe una ley de la física que establece que la temperatura, la presión y el volumen de los gases están estrechamente relacionados.
Buscar dentro de la enciclopedia