Absolutas

Las escalas que asignan los valores de la temperatura en dos puntos diferentes se conocen como escalas a dos puntos. Sin embargo en el estudio de la termodinámica es necesario tener una escala de medición que no dependa de las propiedades de las sustancias. Las escalas de éste tipo se conocen como escalas absolutas o escalas de temperatura termodinámicas.

Sistema Internacional de Unidades (SI)

·    Kelvin (K) El Kelvin es la unidad de medida del SI. La escala Kelvin absoluta es parte del cero absoluto y define la magnitud de sus unidades, de tal forma que el punto triple del agua es exactamente a 273,16 K.

Aclaración: No se le antepone la palabra grado ni el símbolo º.

Sistema Anglosajón de Unidades:

·      Grado Rankine (°R o °Ra). Escala con intervalos de grado equivalentes a la escala Fahrenheit. Con el origen en -459,67 °F (aproximadamente).

un riel de acero se enfría de 70° a 30°C en 1 hora. ¿Cuál es la variación de temperatura en grados Fahrenheit en ese mismo lapso de tiempo?

                                                          Formula:

                                                                         °F= 1.8 (°C) + 32         

                                                                                      

Datos:                                                           Sustitución y Operaciones:

To = 70°C                                         °F= 1.8 (70°C) + 32

Tf = 30°C                                          °F= 126 + 32 = 158°F      

t = 1 hora.                                          

                                                          °F= 1.8 (30°C) + 32

                                                          °F= 54 + 32 = 86°F

                                                   

                                                       

La temperatura en los gases

Para un gas ideal, la teoría cinética de gases utiliza mecánica estadística para relacionar la temperatura con el promedio de la energía total de los átomos en el sistema. Este promedio de la energía es independiente de la masa de las partículas, lo cual podría parecer contra intuitivo para muchos. El promedio de la energía está relacionado exclusivamente con la temperatura del sistema, sin embargo, cada partícula tiene su propia energía la cual puede o no corresponder con el promedio; la distribución de la energía, (y por lo tanto de las velocidades de las partículas) está dada por la distribución de Maxwell-Boltzmann.

El cálculo de la energía cinética de objetos más complicados como las moléculas, es más difícil. Se involucran grados de libertad adicionales los cuales deben ser considerados. La segunda ley de la termodinámica establece sin embargo, que dos sistemas al interactuar el uno con el otro adquirirán la misma energía promedio por partícula, y por lo tanto la misma temperatura.

En una mezcla de partículas de varias masas distintas, las partículas más masivas se moverán más lentamente que las otras, pero aun así tendrán la misma energía promedio. Un átomo de Neón se mueve relativamente más lento que una molécula de hidrógeno que tenga la misma energía cinética. Una manera análoga de entender esto es notar que por ejemplo, las partículas de polvo suspendidas en un flujo de agua se mueven más lentamente que las partículas de agua La ley que regula la diferencia en las distribuciones de velocidad de las partículas con respecto a su masa es la ley de los gases ideales.

En el caso particular de la atmósfera, los meteorólogos han definido la temperatura atmosférica (tanto la temperatura virtual como la potencial) para facilitar algunos cálculos.

Sensación térmica

Es importante destacar que la sensación térmica es algo distinto de la temperatura tal como se define en termodinámica. La sensación térmica es el resultado de la forma en que la piel percibe la temperatura de los objetos y/o de su entorno, la cual no refleja fielmente la temperatura real de dichos objetos y/o entorno. La sensación térmica es un poco compleja de medir por distintos motivos:

  El cuerpo humano mide la temperatura a pesar de que su propia temperatura se mantiene aproximadamente constante (alrededor de 37 °C). Por lo tanto, no alcanza el equilibrio térmico con el ambiente o con los objetos que toca.

·       Las variaciones de calor que se producen en el cuerpo humano generan una diferencia en la sensación térmica, desviándola del valor real de la temperatura. Como resultado, se producen sensaciones de temperatura exageradamente altas o bajas.

Entonces el valor cuantitativo de la sensación térmica está dado principalmente por la gradiente de temperatura que se da entre el objeto y la parte del cuerpo que está en contacto directo y/o indirecto con dicho objeto (que está en función de la temperatura inicial, área de contacto, densidad de los cuerpos, coeficientes termodinámicos de transferencia por conducción, radiación y convección, etc.). Sin embargo, existen otras técnicas mucho más sencillas que intentan simular la medida de sensación térmica en diferentes condiciones mediante un termómetro.

Temperatura seca

Se le llama temperatura seca del aire de un entorno (o más sencillamente: temperatura seca) a la temperatura del aire, prescindiendo de la radiación calorífica de los objetos que rodean ese ambiente concreto, y de los efectos de la humedad relativa y de los movimientos de aire. Se puede obtener con el termómetro de mercurio, respecto a cuyo bulbo, reflectante y de color blanco brillante, se puede suponer razonablemente que no absorbe radiación.

Temperatura radiante

La temperatura radiante tiene en cuenta el calor emitido por radiación de los elementos del entorno.

Se toma con un termómetro de bulbo, que tiene el depósito de mercurio encerrado en una esfera o bulbo metálico de color negro, para asemejarlo lo más posible a un cuerpo negro y así absorber la máxima radiación. Para anular en lo posible el efecto de la temperatura del aire, el bulbo negro se aísla en otro bulbo que se fue hecho al vacío.

Las medidas se pueden tomar bajo el sol o bajo sombra. En el primer caso se tendrá en cuenta la radiación solar, y se dará una temperatura bastante más elevada.

También sirve para dar una idea de la sensación térmica.

La temperatura de bulbo negro hace una función parecida, dando la combinación de la temperatura radiante y la ambiental.

Temperatura húmeda

Temperatura de bulbo húmedo o temperatura húmeda, es la temperatura que da un termómetro bajo sombra, con el bulbo envuelto en una mecha de algodón húmedo bajo una corriente de aire. La corriente de aire se produce mediante un pequeño ventilador o poniendo el termómetro en un molinete y haciéndolo girar. Al evaporarse el agua, absorbe calor rebajando la temperatura, efecto que reflejará el termómetro. Cuanto menor sea la humedad relativa del ambiente, más rápidamente se evaporará el agua que empapa el paño. Este tipo de medición se utiliza para dar una idea de la sensación térmica, o en los psicrómetros para calcular la humedad relativa y la temperatura del punto de rocío.

Medición de la temperatura

El termómetro es un dispositivo que sirve para medir la temperatura.

El funcionamiento de los termómetros se basa en una propiedad llamada termométrica, es decir, es una propiedad física de los cuerpos que varía de acuerdo con el incremento o decremento de la temperatura. Por ejemplo, al aumentar la temperatura en un termómetro de mercurio, la columna delgada de este material se expandirá gradualmente.

Galileo Galilei inventó el primer termómetro en 1593. Consistía en un bulbo ubicado en el extremo de un tubo de vidrio, cuyo extremo inferior iba introducido en un depósito de agua. Marcaba si la temperatura tenía una variación de frío a caliente pasando por una temperatura “normal”.

No estaba numéricamente calibrado. Se usaba para medir temperatura del medio ambiente e incluso temperatura corporal.

Para utilizarlo, el médico introducía primero el bulbo en su propia boca. Al calentarse el aire del bulbo, el nivel del agua bajaba y el médico colocaba una marca; luego introducía el bulbo del mismo termómetro en la boca del paciente; si el agua se movía a la misma posición que la anterior, el médico concluía: “Si la temperatura de este individuo es igual que la mía, él está bien”.

Existen diferentes tipos de termómetros:

·      Termómetro de mercurio. Un termómetro de mercurio es un tipo de termómetro que generalmente se utiliza para medir las temperaturas del ambiente o entorno exterior. El mercurio de este tipo de termómetro se encuentra en un bulbo reflejante y generalmente de color blanco brillante, con lo que se evita la absorción de la radiación del ambiente. Es decir, este termómetro toma la temperatura real del aire sin que la medición de ésta se vea afectada por cualquier objeto del entorno que irradie calor.

Alrededor del año 1714 fue Daniel Gabriel Fahrenheit quién creó el termómetro de mercurio con bulbo, formado por un capilar de vidrio de diámetro uniforme comunicado por su extremo con una ampolla llena de mercurio. El conjunto está sellado, y cuando la temperatura aumenta, el mercurio se dilata y asciende por el capilar. En 1724 Fahrenheit finalizó su escala termométrica, la cual quedó plasmada en sus Philosophical Transactions (London, 33, 78, 1724).

·      Pirómetro óptico.  El pirómetro óptico es un dispositivo que puede medir la temperatura de una sustancia o de un cuerpo sin estar en contacto con ella. El pirómetro óptico funciona comparando el brillo de la luz emitida por la fuente de calor con la de una fuente estándar. Esto quiere decir que el pirómetro compara el brillo de luz que sueltan los electrones cuando saltan o regresan de órbita con una fuente estándar. A diferencia de una celda solar que sus electrones brincan gracias a la luz solar, en el pirómetro óptico, los electrones brincan gracias a la temperatura.

·      Termómetro de resistencias.  Los termómetros de resistencia o termómetros a resistencia son transductores de temperatura, los cuales se basan en la dependencia de la resistencia eléctrica de un material con la temperatura, es decir, son capaces de transformar una variación de temperatura en una variación de resistencia eléctrica.

·      Termómetro de gas.  El termómetro de gas de volumen constante, mencionado al hablar del establecimiento de la escala termodinámica de temperaturas, pertenece a la categoría de termómetros llenos de gas y es el más exacto de este tipo. Para usos industriales, un termómetro por presión de gas consta de un elemento que mide la presión, como el tubo Bourdon conectado por un tubo capilar a una ampolla que se expone a la temperatura que se ha de medir. El sistema se llena, a presión, con un gas inerte, ordinariamente el nitrógeno. Como el gas del elemento medidor y del tubo de conexión no está a la temperatura del bulbo, el volumen de éste tiene que ser grande para que los errores introducidos por la diferencia de temperatura del elemento medidor de la presión y del tubo capilar resulten insignificantes. El bulbo debe tener por lo menos cuarenta veces el volumen del resto del sistema. Por ello, y a causa del retardo en la transmisión de los cambios de presión por el tubo capilar, la longitud de éste se limita a un máximo de 60 m, y es preferible mucho menos.

·      Termómetro de lámina bimetálica: Formado por dos láminas de metales de coeficientes de dilatación muy distintos y arrollados dejando el coeficiente más alto en el interior. Se utiliza sobre todo como sensor de temperatura en el termohigrógrafo.

·      Termopar: un termopar es un dispositivo utilizado para medir temperaturas basado en la fuerza electromotriz que se genera al calentar la soldadura de dos metales distintos.

·      El termómetro de globo: Consiste en un termómetro de mercurio que tiene el bulbo dentro de una esfera de metal hueca, pintada de negro de humo. La esfera absorbe radiación de los objetos del entorno más calientes que el aire y emite radiación hacia los más fríos, dando como resultado una medición que tiene en cuenta la radiación. Se utiliza para comprobar las condiciones de comodidad de las personas.

·      El termómetro de máxima y el termómetro de mínima: son utilizado en meteorología, y para saber la temperatura más alta y la más baja del día.