Temperatura

A temperatura é unha magnitude física que indica a densidade de enerxía interna dun sistema referida ás nocións comúns de quente, morno ou frío que pode ser medida cun termómetro. A temperatura é un parámetro termodinámico do estado dun sistema que caracteriza a calor, ou transferencia de enerxía térmica, entre ese sistema e outros. En física, defínese como unha magnitude escalar relacionada coa enerxía interna dun sistema termodinámico, definida polo principio cero da termodinámica. Máis especificamente, está relacionada directamente coa parte da enerxía interna coñecida como «enerxía cinética», que é a enerxía asociada aos movementos das partículas do sistema, sexa nun sentido traslacional, rotacional, ou en forma de vibracións. A medida de que sexa maior a enerxía cinética dun sistema, obsérvase que este se atopa máis «quente»; é dicir, que a súa temperatura é maior.

No caso dun sólido, os movementos en cuestión resultan ser as vibracións das partículas nos seus sitios dentro do sólido. No caso dun gas ideal monoatómico trátase dos movementos traslacionais das súas partículas (para os gases multiatómicos os movementos rotacional e vibracional deben tomarse en conta tamén).

O desenvolvemento de técnicas para a medición da temperatura pasou por un longo proceso histórico, xa que era necesario darlle un valor numérico a unha idea intuitiva como é o frío ou o quente.

Multitude de propiedades fisicoquímicas dos materiais ou as substancias varían en función da temperatura á que se atopen, por exemplo o seu estado (sólido, líquido, gaseoso, plasma), o seu volume, a solubilidade, a presión de vapor, a súa cor ou a condutividade eléctrica. Así mesmo é un dos factores que inflúen na velocidade á que teñen lugar as reaccións químicas.

A temperatura mídese con termómetros, os cales poden ser calibrados de acordo a unha multitude de escalas que dan lugar a unidades de medición da temperatura. O Sistema Internacional de Unidades (SIU), define unha escala e unha unidade para a temperatura termodinámica baseándose nun segundo punto de referencia facilmente reproducible como é a temperatura do punto triplo da auga.^{[nota 1]} Por razóns históricas, o punto triplo da auga foi fixado en 273,16 unidades^[1] do intervalo de medida, que foi chamado kelvin^[2] (en minúscula)^[2]^[2]^[3] en honra do físico escocés William Thomson (Lord Kelvin) que definiu por primeira vez a escala kelvin ou escala absoluta, que asocia o valor «cero kelvin» (0 K) ao «cero absoluto», e gradúase cun tamaño de grao igual ao do grao Celsius. Con todo, fóra do ámbito científico o uso doutras escalas de temperatura é común. A escala máis estendida é a escala Celsius, chamada «centígrada»; e, en moita menor medida, e practicamente só nos Estados Unidos, a escala Fahrenheit. Tamén se usa ás veces a escala Rankine (°R) que establece o seu punto de referencia no mesmo punto da escala kelvin, o cero absoluto, pero cun tamaño de grao igual ao da Fahrenheit, e é usada unicamente en Estados Unidos, e só nalgúns campos da enxeñaría.

A temperatura é unha das principais propiedades estudadas no campo da termodinámica, neste campo son particularmente importantes as diferenzas de temperatura entre diferentes rexións da materia xa que estas diferenzas son a forza motriz do calor,^[4] que é a transferencia da enerxía térmica. Espontaneamente, a calor flúe só das rexións de maior temperatura cara ás rexións de menor temperatura. De modo que se non se transfire calor entre dous obxectos é porque ambos os obxectos teñen a mesma temperatura.

Segundo o enfoque da termodinámica clásica, a temperatura dun obxecto varía proporcionalmente á velocidade das partículas que contén^[5], non depende do número de partículas (da masa) senón da súa velocidade media: a maior temperatura maior velocidade media. Polo tanto, a temperatura está ligada directamente á enerxía cinética media das partículas que se moven en relación ao centro da masa do obxecto. A temperatura é unha variable intensiva, xa que é independente da cantidade das partículas contidas no interior dun obxecto, xa sexan átomos, moléculas ou electróns, é unha propiedade que é inherente ao sistema e non depende nin da cantidade de substancia nin do tipo de material. Para que se poida determinar a temperatura dun sistema, este debe estar en equilibrio termodinámico. Pódese considerar que a temperatura varía coa posición só se para cada punto hai un pequena zona o seu ao redor que se pode tratar como un sistema termodinámico en equilibrio. Na termodinámica estatística, no canto de partículas fálase de graos de liberdade.

Nun enfoque máis fundamental, a definición empírica da temperatura derívase das condicións do equilibrio térmico, que son expresadas na lei cero da termodinámica.^[6]^[7] Cando dous sistemas están en equilibrio térmico teñen a mesma temperatura.^[8]^[9]^[10] A extensión deste principio como unha relación de equivalencia entre varios sistemas xustifica fundamentalmente a utilización do termómetro e establece os principios da súa construción para medir a temperatura.^[11]^[12] Aínda que o principio cero da termodinámica permitiría a definición empírica de moitas escalas de temperatura, o segundo principio da termodinámica selecciona unha única definición como a preferida, a temperatura absoluta,^[13]^[14]^[15]^[16]^[17] coñecida como temperatura termodinámica.^[18] Esta función corresponde á variación da enerxía interna con respecto aos cambios na entropía dun sistema. A súa orixe natural, intrínseco ou punto nulo, é o cero absoluto, punto onde a entropía de calquera sistema é mínima. Aínda que esta é a temperatura mínima absoluta descrita polo modelo, o terceiro principio da termodinámica postula que o cero absoluto non pode ser alcanzado por ningún sistema físico. ^[19]

Nocións xerais

A temperatura é unha propiedade física que se refire ás nocións comúns de calor ou ausencia de calor, con todo o seu significado formal en termodinámica é máis complexo, a miúdo a calor ou o frío percibido polas persoas ten máis que ver coa sensación térmica (véxase máis abaixo), que coa temperatura real. Fundamentalmente, a temperatura é unha propiedade que posúen os sistemas físicos a nivel macroscópico, a cal ten unha causa a nivel microscópico, que é a enerxía media da partícula. E actualmente, ao contrario doutras cantidades termodinámicas como a calor ou a entropía, cuxas definicións microscópicas son válidas moi lonxe do equilibrio térmico, a temperatura só pode ser medida no equilibrio, precisamente porque se define como unha media.

A temperatura está intimamente relacionada coa enerxía interna e coa entalpía dun sistema: a maior temperatura maiores serán a enerxía interna e a entalpía do sistema.

A temperatura é unha propiedade intensiva, é dicir, que non depende do tamaño do sistema, senón que é unha propiedade que lle é inherente e non depende nin da cantidade de substancia nin do material do que este composto.

Uso na ciencia

A temperatura xoga un papel importante en todos os campos das ciencias naturais, por exemplo na física, a xeoloxía, a química, ciencias da atmosfera ou a bioloxía.

Moitas propiedades físicas de materiais como as súas fases (sólido a líquidos, gas ou plasma), a densidade, a solubilidade, a presión de vapor ou a resistividade eléctrica dependen da temperatura. A temperatura tamén xoga un papel importante na determinación do grao e o alcance das reaccións químicas. Esta é unha das razóns que explican que o corpo humano teña varios mecanismos complicados para manter a temperatura a 310 K, dado que temperaturas máis altas, de poucos graos, poden causar reaccións con consecuencias prexudiciais graves. A temperatura tamén controla a radiación térmica emitida por unha superficie. Un uso deste efecto é a lámpada incandescente, na que un filamento de tungsteno é quentado electricamente (debido á resistencia que opón o filamento ao paso do corrente eléctrica) a unha temperatura á que se emiten cantidades significativas de luz visible.

Para o estudo e a análise dos sistemas do mundo real, estes adoitan ser divididos temporalmente e espacialmente en celas de tamaño pequeno, nas que as condicións de equilibrio termodinámico clásico da materia cúmprense cunha boa aproximación (equilibrio termodinámico local).

Definición

Lei cero da termodinámica

Artigo principal: Lei cero da termodinámica.

Un termómetro debe alcanzar o equilibrio térmico antes de que a súa medición sexa correcta.

Antes de dar unha definición formal de temperatura, é necesario entender o concepto de equilibrio térmico. Se dúas partes dun sistema entran en contacto térmico é probable que ocorran cambios nas propiedades de ambas as dúas. Estes cambios débense á transferencia de calor entre as partes. Para que un sistema estea en equilibrio térmico debe chegar ao momento en que xa non hai intercambio neto de calor entre as súas partes, ademais ningunha das propiedades que dependen da temperatura debe variar.

Unha definición de temperatura pódese obter da lei cero da termodinámica, que establece que se dous sistemas A e B están en equilibrio térmico, cun terceiro sistema C, entón os sistemas A e B estarán en equilibrio térmico entre si.^[20] Este é un feito empírico máis que un resultado teórico. Xa que tanto os sistemas A, B, e C están todos en equilibrio térmico, é razoable dicir que comparten un valor común dalgunha propiedade física. Chamamos a esta propiedade temperatura.

Con todo, para que esta definición sexa útil é necesario desenvolver un instrumento capaz de dar un significado cuantitativo á noción cualitativa desa propiedade que presupoñemos comparten os sistemas A e B. Ao longo da historia fixéronse numerosos intentos, con todo na actualidade predominan o sistema inventado por Anders Celsius en 1742 e o inventado por William Thomson (mellor coñecido como lord Kelvin) en 1848.

Segunda lei da termodinámica

Artigo principal: Segunda Lei da Termodinámica.

Tamén é posible definir a temperatura en termos da segunda lei da termodinámica, a cal di que a entropía de todos os sistemas, ou ben permanece igual ou ben aumenta co tempo, isto aplícase ao Universo enteiro como sistema termodinámico.^[21] A entropía é unha medida da desorde que hai nun sistema. Este concepto pode ser entendido en termos estatísticos, considere unha serie de tiros de moedas: Un sistema perfectamente ordenado para a serie, sería aquel en que só cae cara ou só cae cruz. Con todo, existen múltiples combinacións polas cales o resultado é unha desorde no sistema, é dicir que haxa unha fracción de caras e outra de cruces. Un sistema desordenado podería ser aquel no que hai 90% de caras e 10% de cruces, ou 60% de caras e 40% de cruces. Con todo é claro que a medida que se fan máis tiros, o número de combinacións posibles polas cales o sistema se desordena é maior; noutras palabras o sistema evoluciona naturalmente cara a un estado de desorde máxima é dicir 50% caras 50% cruces de tal xeito que calquera variación fóra dese estado é altamente improbable.

Aquí móstrase o ciclo da máquina térmica descrita por Carnot, o calor entra ao sistema a través dunha temperatura inicial (aquí móstrase como'T_H') e flúe a través do mesmo obrigando ao sistema a exercer un traballo sobre os seus arredores, e logo pasa ao medio frío, o cal ten unha temperatura final (T_C).

Para dar a definición de temperatura con base na segunda lei, haberá que introducir o concepto de máquina térmica a cal é calquera dispositivo capaz de transformar calor en traballo mecánico. En particular interesa coñecer a formulación teórica da máquina de Carnot, que é unha máquina térmica de construción teórica, que establece os límites teóricos para a eficiencia de calquera máquina térmica real.

Nunha máquina térmica calquera, o traballo que esta realiza corresponde á diferenza entre a calor que se lle fornece e a calor que sae dela. Polo tanto, a eficiencia é o traballo que realiza a máquina dividido entre a calor que se lle subministra:

\eta ={\frac {W_{ci}}{Q_{i}}}={\frac {Q_{i}-Q_{f}}{Q_{i}}}=1-{\frac {Q_{f}}{Q_{i}}}

(1)

Onde W_ci é o traballo feito pola máquina en cada ciclo. Vese que a eficiencia depende só de Q_i e de Q_f. Xa que Q_i e Q_f corresponden á calor transferida ás temperaturas T_i e T_f, é razoable asumir que ambas son funcións da temperatura:

{\frac {q_{C}}{q_{H}}}={\frac {f(T_{f})}{f(T_{i})}}=g(T_{i},T_{f})

(2)

Con todo, é posible utilizar a conveniencia, unha escala de temperatura tal que

{\frac {Q_{f}}{Q_{i}}}={\frac {T_{f}}{T_{i}}}

(3)

Substituíndo a ecuación (3) na (1) relaciona a eficiencia da máquina coa temperatura:

\eta =1-{\frac {Q_{f}}{q_{i}}}=1-{\frac {T_{f}}{T_{i}}}

(4)

Hai que notar que paraT_f = 0 K a eficiencia faise do 100%, temperaturas inferiores producen unha eficiencia aínda maior que 100%. Xa que a primeira lei da termodinámica prohibe que a eficiencia sexa maior que o 100%, isto implica que a mínima temperatura que se pode obter nun sistema microscópico é de 0 K. Reordenando a ecuación (4) obtense:

{\frac {Q_{i}}{T_{i}}}-{\frac {Q_{f}}{T_{f}}}=0

(5)

Aquí o signo negativo indica a saída de calor do sistema. Esta relación suxire a existencia dunha función de estado S definida por:

dS={\frac {dQ_{\mathrm {rev} }}{T}}

(6)

Onde o subíndice indica un proceso reversible. O cambio desta función de estado en calquera ciclo é cero, tal como é necesario para calquera función de estado. Esta función corresponde á entropía do sistema, que foi descrita anteriormente. Reordenando a ecuación seguinte para obter unha definición de temperatura en termos da entropía e o calor:

T={\frac {dQ_{\mathrm {rev} }}{dS}}

(7)

Para un sistema en que a entropía sexa unha función da súa enerxía interna E, a súa temperatura está dada por:

{\frac {1}{T}}={\frac {dS}{dE}}

(8)

Isto é, o recíproco da temperatura do sistema é a razón de cambio da súa entropía con respecto á súa enerxía.

Temperatura e radiación

A temperatura dun corpo está asociada á radiación que emite, mediante a lei de Planck da radiación. A potencia emitida en función da temperatura ven descrita por unha lei derivada da anterior, a lei de Stefan-Boltzmann, e a lonxitude de onda de máxima emisión, pola (tamén derivada da lei de Planck) lei de Wien. Así, poden asociarse lonxitudes de onda e temperatura para o estudo de diversos corpos como o Sol.^[22] Como un exemplo, ás lonxitudes de onda de 28,9 Å, 19,3 Å, 14,5 Å e 362 Å correspóndenlles temperaturas de 10⁶ K, 1,5·10⁶ K, 2·10⁶ K e 80 000 K.

Medida da temperatura

Un termómetro para medir a temperatura ambiente

A medida da temperatura utilizando termómetros científicos modernos e escalas de temperatura remóntase a principios do século XVIII cando Daniel Gabriel Fahrenheit adaptou un termómetro de mercurio e unha escala desenvolvidos por Ole Christensen Rømer.^[23] A escala Fahrenheit aínda é utilizada nos Estados Unidos para aplicacións non científicas.

A temperatura mídese con termómetros que poden ser calibrados cunha gran variedade de escalas de temperatura. Na maior parte do mundo (só coas excepcións de Belize, Birmania, Liberia e Estados Unidos) utilízase o escala Celsius para a maioría das medidas da temperatura, tanto na vida diaria como na actividade científica.

A maioría das medidas científicas da temperatura fanse utilizando a escala de Celsius e a temperatura termodinámica utilizando a escala Kelvin, que é a escala Celsius desprazada de modo que o seu punto nulo é 0 K (-273,15 °C) ou cero absoluto. Nos Estados Unidos moitas áreas da enxeñaría, de forma remarcable no campo da alta tecnoloxía e as especificacións federais, civís e militares, tamén utilizan a escala Kelvin e os graos Celsius. En cambio, nalgúns casos tamén se utiliza a escala de Rankine, que é unha escala desprazada -459.67 graos respecto do cero da escala Fahrenheit, cando se traballa nas disciplinas relacionadas coa termodinámica como a combustión.

Unidades

A unidade de medida da temperatura no Sistema Internacional de Unidades (SI) é o Kelvin e o seu símbolo é K.^[2]^[3]

Para a súa medida na vida cotiá é apropiado utilizar a escala Celsius no que os 0 °C corresponden moi aproximadamente a conxelación da auga e os 100 °C o seu punto de ebulición a niveis do mar. Debido a que as pingas de líquido que existen nas nubes están a temperaturas baixo cero, 0 °C defínese mellor como o punto de fusión do xeo. Nesta escala, unha diferenza de temperatura dun grao Celsius é o mesmo que un aumento na Kelvin, pero o punto da escala de cero é trasladada para a temperatura en que o xeo se derrete (273,15 K).

Por acordo internacional^[3] da Conferencia Xeral de Pesos e Medidas as escalas Kelvin e Celsius defínense a partir de dous puntos fixos: o cero absoluto e o punto triplo dun preparado isotópico de auga coñecida como Vienna Standard Mean Ocean Water (VSMOW), especialmente preparado cunha combinación específica de isótopos de hidróxeno e de osíxeno. O cero absoluto defínese exactamente como 0 K e -273,15 °C, a temperatura á que segundo o modelo clásico cesa todo movemento de translación das partículas que compoñen a materia e quedan en repouso absoluto.

Sensación térmica

Artigo principal: Sensación térmica.

É importante destacar que a sensación térmica é algo distinto da temperatura tal como se define en termodinámica. A sensación térmica é o resultado da forma en que a pel percibe a temperatura dos obxectos e/ou da súa contorna, a cal non reflicte fielmente a temperatura real de devanditos obxectos e/ou contorna. A sensación térmica é un pouco complexa de medir por distintos motivos:

O corpo humano regula a súa temperatura para mantela aproximadamente constante (ao redor de 36,5 °C).
O corpo humano produce calor constantemente, que é o residuo da dixestión dos alimentos que inxire. Esa calor serve para manter a temperatura antes dita, e para iso debe disipar o sobrante no ambiente.
- Se as condicións da contorna fan que as perdas sexan iguais á produción, o corpo sente benestar térmico.
- Se as condicións da contorna fan que as perdas de calor superen á produción, o corpo sente frío.
- Se as condicións impiden que a calor sobrante se disipe, o corpo sente calor.
As perdas ou ganancias dependen de varios factores, non só da temperatura seca do aire.
- Prodúcese intercambio por convección. O aire en contacto coa pel, quéntase e ascende, sendo substituído por aire máis fresco, que á súa vez se quenta. Se o aire é máis quente ocorre ao revés.
- Por transmisión. A pel en contacto con corpos máis fríos, cede calor. Se son máis quentes, recibe calor.
- Por radiación. A pel intercambia calor por radiación coa contorna: se a temperatura radiante media da contorna é máis fría que a da pel, arrefríase, se é ao contrario, quéntase.
- Por evapotranspiración. Ao evaporarse a suor ou a humidade da pel ou das mucosas, prodúcese unha perda de calor sempre, debida á calor latente da evaporación da auga.

Por todo iso, a sensación de comodidade depende da incidencia combinada dos factores que determinan estes catro tipos de intercambio: temperatura seca, temperatura radiante, temperatura húmida (que sinala a capacidade do aire para admitir ou non a evaporación da suor) e a velocidade do aire (que incide sobre a convección e a evaporación da suor). A incidencia nas perdas da transmisión é pequena, agás que a pel, ou parte, estea en contacto con obxectos fríos (pés descalzos, asento frío con pouca roupa de abrigo...).

Temperatura seca

Artigo principal: Temperatura seca.

Chámase temperatura seca do aire dunha contorna (ou máis sinxelamente: temperatura seca) á temperatura do aire, prescindindo da radiación calorífica dos obxectos que rodean ese ambiente concreto, e dos efectos da humidade relativa e dos movementos de aire. Pódese obter co termómetro de mercurio, respecto de cuxo bulbo, reflectante e de cor branca brillante, pódese supoñer razoablemente que non absorbe radiación.

Temperatura radiante

Artigo principal: Temperatura radiante.

A temperatura radiante ten en conta a calor emitida por radiación dos elementos da contorna.

Tómase cun termómetro de bulbo, que ten o depósito de mercurio encerrado nunha esfera ou bulbo metálico de cor negra, para asemellalo o máis posible a un corpo negro e así absorber a máxima radiación. Para anular no posible o efecto da temperatura do aire, o bulbo negro íllase noutro bulbo no que se fixo o baleiro.

As medidas pódense tomar baixo o sol ou baixo sombra. No primeiro caso terase en conta a radiación solar, e darase unha temperatura bastante máis elevada.

Tamén serve para dar unha idea da sensación térmica.

A temperatura de bulbo negro fai unha función parecida, dando a combinación da temperatura radiante e a ambiental.

Temperatura húmida

Artigo principal: Temperatura húmida.

Temperatura de bulbo húmido ou temperatura húmida, é a temperatura que dá un termómetro baixo sombra, co bulbo envolto nunha mecha de algodón húmido baixo unha corrente de aire. A corrente de aire prodúcese mediante un pequeno ventilador ou poñendo o termómetro nun molinete e facéndoo xirar. Ao evaporarse a auga, absorbe calor rebaixando a temperatura, efecto que reflectirá o termómetro. Canto menor sexa a humidade relativa do ambiente, máis rapidamente se evaporará a auga que empapa o pano. Este tipo de medición utilízase para dar unha idea da sensación térmica, ou nos psicrómetros para calcular a humidade relativa e a temperatura do punto de orballo.

Unidades de temperatura

As escalas de medición da temperatura divídense fundamentalmente en dous tipos, as relativas e as absolutas. Os valores que pode adoptar a temperatura en calquera escala de medición, non teñen un nivel máximo, senón un nivel mínimo: o cero absoluto.^[24] Mentres que as escalas absolutas baséanse no cero absoluto, as relativas teñen outras formas de definirse.

Relativas

Artigo principal: Unidades derivadas do SI.

Grao Celsius (°C). Para establecer unha base de medida da temperatura Anders Celsius utilizou (en 1742) os puntos de fusión e ebulición da auga. Considérase que unha mestura de xeo e auga que se atopa en equilibrio con aire saturado a 1 atm está no punto de fusión. Unha mestura de auga e vapor de auga (sen aire) en equilibrio a 1 atm de presión considérase que está no punto de ebulición. Celsius dividiu o intervalo de temperatura que existe entre estes dous puntos en 100 partes iguais, ás que chamou graos centígrados °C. Con todo, en 1948 foron renomeados como graos Celsius no seu honor; así mesmo comezouse a utilizar a letra C maiúscula para denominalos.

En 1954 a escala Celsius foi redefinida na Décima Conferencia de Pesos e Medidas en termos dun só punto fixo e da temperatura absoluta do cero absoluto. O punto escolleito foi o punto triplo da auga que é o estado no que as tres fases da auga coexisten en equilibrio, ao cal asignóuselle un valor de 0,01 °C. A magnitude do novo grao Celsius defínese a partir do cero absoluto como a fracción 1/273,16 do intervalo de temperatura entre o punto triplo da auga e o cero absoluto. Como na nova escala os puntos de fusión e ebulición da auga son 0,00 °C e 100,00 °C respectivamente, resulta idéntica á escala da definición anterior, coa vantaxe de ter unha definición termodinámica.

Grao Fahrenheit (°F). Toma divisións entre o punto de conxelación dunha disolución de cloruro amonio (á que lle asigna valor cero) e a temperatura normal corporal humana (á que lle asigna valor 100). É unha unidade tipicamente usada nos Estados Unidos; erroneamente, asóciase tamén a outros países anglosaxóns como o Reino Unido ou Irlanda, que usan a escala Celsius.
Grao Réaumur (°Ré, °Re, °R). Usado para procesos industriais específicos, como o do almibre.
Grao Rømer ou Roemer. En desuso.
Grao Newton (°N). En desuso.
Grao Leiden. Usado para calibrar indirectamente baixas temperaturas. En desuso.
Grao Delisle (°D) En desuso.

Absolutas

As escalas que asignan os valores da temperatura en dous puntos diferentes coñécense como escalas a dous puntos. Con todo no estudo da termodinámica é necesario ter unha escala de medición que non dependa das propiedades das substancias. As escalas deste tipo coñécense como escalas absolutas ou escalas de temperatura termodinámicas.

Con base no esquema de notación introducido en 1967, na Conferencia Xeral de Pesos e Medidas (CGPM), o símbolo de grao eliminouse en forma oficial da unidade de temperatura absoluta.

Sistema Internacional de Unidades (SI)

Kelvin (K) O kelvin é a unidade de medida do SI. A escala kelvin absoluta parte do cero absoluto e define a magnitude das súas unidades, de tal forma que o punto triplo da auga é exactamente a 273,16 K.^[24]

Aclaracións: Non se lle antepón a palabra grao nin o símbolo º. Cando se escribe a palabra completa, «kelvin», faise con minúscula, salvo que sexa principio de parágrafo.

Sistema anglosaxón de unidades

Rankine (R ou Ra). Escala con intervalos de grao equivalentes á escala Fahrenheit, cuxa orixe está en -459,67 °F. En desuso.

Conversión de temperaturas

As seguintes fórmulas asocian con precisión as diferentes escalas de temperatura:

	Kelvin	Grao Celsius	Grao Fahrenheit	Rankine	Grao Réaumur	Grao Rømer	Grao Newton	Grao Delisle
Kelvin	$K=K$	$K=C+273,15$	$K=(F+459,67)$ $\textstyle {\frac {5}{9}}$	$K=Ra$ $\textstyle {\frac {5}{9}}$	K = Re $\textstyle {\frac {5}{4}}$ + 273,15	K = (Ro - 7,5) $\textstyle {\frac {40}{21}}$ + 273,15	K = N $\textstyle {\frac {100}{33}}$ + 273,15	K = 373,15 - De $\textstyle {\frac {2}{3}}$
Grao Celsius	$C=K-273,15$	$C=C$	C = (F - 32) $\textstyle {\frac {5}{9}}$	C = (Ra - 491,67) $\textstyle {\frac {5}{9}}$	C = Re $\textstyle {\frac {5}{4}}$	C = (Ro - 7,5) $\textstyle {\frac {40}{21}}$	C = N $\textstyle {\frac {100}{33}}$	C = 100 - De $\textstyle {\frac {2}{3}}$
Grao Fahrenheit	$F=K$ $\textstyle {\frac {9}{5}}$ - 459,67	F = C $\textstyle {\frac {9}{5}}$ + 32	$F=F$	$F=Ra-459,67$	F = Re $\textstyle {\frac {9}{4}}$ + 32	F = (Ro - 7,5) $\textstyle {\frac {24}{7}}$ + 32	F = N $\textstyle {\frac {60}{11}}$ + 32	F = 121 - De $\textstyle {\frac {6}{5}}$
Rankine	$Ra=K$ $\textstyle {\frac {9}{5}}$	Ra = (C + 273,15) $\textstyle {\frac {9}{5}}$	$Ra=F+459,67$	$Ra=Ra$	Ra = Re $\textstyle {\frac {9}{4}}$ + 491,67	Ra = (Ro - 7,5) $\textstyle {\frac {24}{7}}$ + 491,67	Ra = N $\textstyle {\frac {60}{11}}$ + 491,67	Ra = 171,67 - De $\textstyle {\frac {6}{5}}$
Grao Réaumur	$Re=(K-273,15)$ $\textstyle {\frac {4}{5}}$	Re = C $\textstyle {\frac {4}{5}}$	Re = (F - 32) $\textstyle {\frac {4}{9}}$	Re = (Ra - 491,67) $\textstyle {\frac {4}{9}}$	$Re=Re$	Re = (Ro - 7,5) $\textstyle {\frac {32}{21}}$	Re = N $\textstyle {\frac {80}{33}}$	Re = 80 - De $\textstyle {\frac {5}{6}}$
Grao Rømer	Ro =(K - 273,15) $\textstyle {\frac {21}{40}}$ +7,5	Ro = C $\textstyle {\frac {21}{40}}$ +7,5	Ro = (F - 32) $\textstyle {\frac {7}{24}}$ +7,5	Ro = Ra - 491,67 $\textstyle {\frac {7}{24}}$ +7,5	Ro = Re $\textstyle {\frac {21}{32}}$ +7,5	$Ro=Ro$	Ro = N $\textstyle {\frac {35}{22}}$ +7,5	Ro = 60 - De $\textstyle {\frac {7}{20}}$
Grao Newton	N = (K - 273,15) $\textstyle {\frac {33}{100}}$	N = C $\textstyle {\frac {33}{100}}$	N = (F - 32) $\textstyle {\frac {11}{60}}$	N = (Ra - 491,67) $\textstyle {\frac {11}{60}}$	N = Re $\textstyle {\frac {33}{80}}$	N = (Ro - 7,5) $\textstyle {\frac {22}{35}}$	$N=N$	N = 33 - De $\textstyle {\frac {11}{50}}$
Grao Delisle	De = (373,15 - K) $\textstyle {\frac {3}{2}}$	De = (100 - C) $\textstyle {\frac {3}{2}}$	De = (121 - F) $\textstyle {\frac {5}{6}}$	De = (580,67 - Ra) $\textstyle {\frac {5}{6}}$	De = (80 - Re) $\textstyle {\frac {6}{5}}$	De = (60 - Ro) $\textstyle {\frac {20}{7}}$	De = (33 - N) $\textstyle {\frac {50}{11}}$	$De=De$

Temperatura en distintos medios

Compáranse as escalas Celsius e Kelvin mostrando os puntos de referencia anteriores a 1954 e os posteriores para mostrar como ambas as dúas convencións coinciden. De cor negra aparecen o punto triplo da auga (0,01 °C, 273,16 K) e o cero absoluto (-273,15 °C, 0 K). De cor gris os puntos de conxelación (0,00 °C, 273,15 K) e ebulición da auga (100 °C, 373,15 K).

A temperatura nos gases

Para un gas ideal, a teoría cinética de gases utiliza mecánica estatística para relacionar a temperatura coa media da enerxía total dos átomos no sistema. Esta media da enerxía é independente da masa das partículas, o cal podería parecer contraintuitivo para moitos. A media da enerxía está relacionada exclusivamente coa temperatura do sistema, non obstante, cada partícula ten a súa propia enerxía a cal pode ou non corresponder coa media; a distribución da enerxía, (e polo tanto das velocidades das partículas) está dada pola distribución de Maxwell-Boltzmann. A enerxía dos gases ideais monoatómicos relaciónase coa súa temperatura por medio da seguinte expresión:

${\overline {E}}_{t}={\begin{matrix}{\frac {3}{2}}\end{matrix}}nRT$

onde n, número de moles, R, constante dos gases ideais. Nun gas diatómico, a relación é:

${\overline {E}}_{t}={\begin{matrix}{\frac {5}{2}}\end{matrix}}nRT$

O cálculo da enerxía cinética de obxectos máis complicados como as moléculas, é máis difícil. Involúcranse graos de liberdade adicionais os cales deben ser considerados. A segunda lei da termodinámica estabelece non obstante, que dous sistemas ao interactuar o un co outro adquirirán a mesma enerxía media por partícula, e polo tanto a mesma temperatura.

Nunha mestura de partículas de varias masas distintas, as partículas máis masivas moveranse máis lentamente que as outras, pero aínda así terán a mesma enerxía media. Un átomo de Neon móvese relativamente máis lento que unha molécula de hidróxeno que teña a mesma enerxía cinética. Un xeito análogo de entender isto é notar que por exemplo, as partículas de po suspendidas nun fluxo de auga móvense máis lentamente que as partículas de auga. Para ver unha ilustración visual deste feito vexa este enlace. A lei que regula a diferenza nas distribucións de velocidade das partículas con respecto á súa masa é a lei dos gases ideais.

No caso particular da atmosfera, os meteorólogos definiron a temperatura atmosférica (tanto a temperatura virtual como a potencial) para facilitar algúns cálculos.

Notas

↑ Historicamente, a escala Celsius foi unha escala de temperatura puramente empírica definida só por puntos de conxelación e ebulición da auga. Pero desde a adopción do kelvin como unidade de temperatura do Sistema Internacional de Unidades, foi redefinido en termos dos puntos equivalentes á escala Kelvin. O que fai que hoxe en día o grao Celsius sexa unha unidade derivada do Sistema Internacional.

Referencias

↑ Bureau International des Poid's Mesures(BIPM) (ed.). "Resolution 10 of the 23rd meeting of the CGPM (2007)". Consultado o 8/11/2013. Aclaración da definición do kelvin, unidade de temperatura termodinámica
↑ ^2,0 ^2,1 ^2,2 ^2,3 Bureau International des Poid's Mesures(BIPM) (ed.). "Résolution 3 de la 13e réunion de la CGPM (1967/68)". Consultado o 8/11/2013. Unidade SI de temperatura termodinámica (kelvin)
↑ ^3,0 ^3,1 ^3,2 Bureau International des Poid's Mesures(BIPM) (ed.). "Unit names". Arquivado dende o orixinal o 01/11/2012. Consultado o 8/11/2013. SI brochure, Section 5.2 Section 5.2]
↑ T.W. Leland, Jr. "Basic Principles of Classical and Statistical Thermodynamics" (PDF) (en inglés). p. 14. Consultado o 8/11/2013. Polo tanto identificamos temperatura como unha forza impulsora que fai que algo chame o calor que se transfire.
↑ Gandia, Vicent (1998). Universidade de Valencia, ed. Manual de Termodinàmica. Educació. Materials. (en català) (segunda ed.). Valencia. pp. 267–268. ISBN 84-370-2319-X. ,
↑ Gandia, Vicent (1998). "1". En Universitat de València. Manual de Termodinàmica. Educació. Materials. (en català) (segona ed.). València. pp. 21 i ss. ISBN 84-370-2319-X.
↑ J. S. Dugdale (1996, 1998). Tayler & Francis, ed. Entropy and its Physical Interpretation. p. 13. ISBN 978-0748405695. This law is the basis of temperature.
↑ Maxwell, J.C. (1872). Theory of Heat, tercera edició, Longmans, Green, Londres, pàg. 32.
↑ Planck, M. (1897/1903). Treatise on Thermodynamics, traduït per A. Ogg, Longmans, Green, Londres, pàg. 2.
↑ Tait, P.G. (1884). Heat, Macmillan, Londres, capítol VII, pàg. 39-40.
↑ F. Reif (1965). McGraw-Hill, ed. Fundamentals of Statistical and Thermal Physics. pp. 102.
↑ M. J. Moran, H. N. Shapiro (2006). John Wiley & Sons, Ltd., ed. Fundamentals of Engineering Thermodynamics (5 ed.). pp. 14. ISBN 978-0-470-03037-0.
↑ Maxwell, J.C. (1872). Theory of Heat, tercera edició, Longmans, Green, Londres, pàg. 155-158.
↑ Tait, P.G. (1884). Heat, Macmillan, Londres, capítol VII, secció 95, pàg. 68-69.
↑ H.A. Buchdahl (1966). Cambridge University Press, ed. The Concepts of Classical Thermodynamics. pp. 73.
↑ Truesdell, C.A. (1980). The Tragicomical History of Thermodynamics, 1822-1854, Springer, Nova York, ISBN 0-387-90403-4, Secció 11H, pàg. 320-332.
↑ Kondepudi, D. (2008).Introduction to Modern Thermodynamics, Wiley, Chichester, ISBN 978-0-470-01598-8, secció 32., pàg. 106-108.
↑ Carnot, Sadi; Rudolf Clausius, William T. Kelvin (1999). Institut d'Estudis Catalans. Editorial Pòrtic. Eumo editorial., ed. Escrits fonamentals sobre el segon principi de la termodinàmica. Clàssics de la ciència. (en català). Barcelona. ISBN 84-7283-457-3.
↑ Brillas, Enric (2004). Edicions Universitat Barcelona, ed. Conceptes de termodinàmica química i cinètica (en català). Barcelona. p. 107. ISBN 9788447528424.
↑ [1] Química general: introducción a la química teórica. Escrito por Cristóbal Valenzuela Calahorro. Páxina 360. ( books.google.es ).
↑ [2] Bioquímica de los procesos metabólicos. Escrito por Virginia Melo, Virginia Melo Ruiz, Oscar Cuamatzi. Páxina 11. ( books.google.es ).
↑ esa. "El equinoccio en el Sol, con SOHO". European Space Agency (en castelán). Consultado o 2019-03-27.
↑ Ernst Cohen and WAT Cohen-De Meester. Chemisch Weekblad , volume 33 (1936), p. 374-393, citado e traducido ao inglés en Fahrenheit temperature scale Arquivado 11 de maio de 2008 en Wayback Machine.
↑ ^24,0 ^24,1 Resnik Halliday Krane (2002). Cecsa, ed. Física Volumen 1. ISBN 970-24-02-0257-3.

Véxase tamén

Bibliografía

Yunus A, Çengel (2009). Temodinámica, 6ta edición. Mc Graw Hill. 978-970-10-7286.8.
Zemansky, Mark W. (1985). McGraw-Hill, ed. Calor y termodinámica. Madrid. ISBN 84-85240-85-5.

Ligazóns externas

Unha introdución elemental á temperatura destinado a un público do ensino ensino (en inglés)
Average yearly temperature (1961-1990, Celsius) - by country Lista mostrando a temperatura media anual por país.(en inglés)

[1] Historicamente, a escala Celsius foi unha escala de temperatura puramente empírica definida só por puntos de conxelación e ebulición da auga. Pero desde a adopción do kelvin como unidade de temperatura do Sistema Internacional de Unidades, foi redefinido en termos dos puntos equivalentes á escala Kelvin. O que fai que hoxe en día o grao Celsius sexa unha unidade derivada do Sistema Internacional.

[2] Bureau International des Poid's Mesures(BIPM) (ed.). "Resolution 10 of the 23rd meeting of the CGPM (2007)". Consultado o 8/11/2013. Aclaración da definición do kelvin, unidade de temperatura termodinámica

[13CGPM-3] 2,0 ^2,1 ^2,2 ^2,3 Bureau International des Poid's Mesures(BIPM) (ed.). "Résolution 3 de la 13e réunion de la CGPM (1967/68)". Consultado o 8/11/2013. Unidade SI de temperatura termodinámica (kelvin)

[BIPM1-4] 3,0 ^3,1 ^3,2 Bureau International des Poid's Mesures(BIPM) (ed.). "Unit names". Arquivado dende o orixinal o 01/11/2012. Consultado o 8/11/2013. SI brochure, Section 5.2 Section 5.2]

[5] T.W. Leland, Jr. "Basic Principles of Classical and Statistical Thermodynamics" (PDF) (en inglés). p. 14. Consultado o 8/11/2013. Polo tanto identificamos temperatura como unha forza impulsora que fai que algo chame o calor que se transfire.

[6] Gandia, Vicent (1998). Universidade de Valencia, ed. Manual de Termodinàmica. Educació. Materials. (en català) (segunda ed.). Valencia. pp. 267–268. ISBN 84-370-2319-X. ,

[7] Gandia, Vicent (1998). "1". En Universitat de València. Manual de Termodinàmica. Educació. Materials. (en català) (segona ed.). València. pp. 21 i ss. ISBN 84-370-2319-X.

[dugdale-8] J. S. Dugdale (1996, 1998). Tayler & Francis, ed. Entropy and its Physical Interpretation. p. 13. ISBN 978-0748405695. This law is the basis of temperature.

[Maxwell_1872-9] Maxwell, J.C. (1872). Theory of Heat, tercera edició, Longmans, Green, Londres, pàg. 32.

[Planck_1897-10] Planck, M. (1897/1903). Treatise on Thermodynamics, traduït per A. Ogg, Longmans, Green, Londres, pàg. 2.

[Tait_1884_39-40-11] Tait, P.G. (1884). Heat, Macmillan, Londres, capítol VII, pàg. 39-40.

[reif-12] F. Reif (1965). McGraw-Hill, ed. Fundamentals of Statistical and Thermal Physics. pp. 102.

[Moran-13] M. J. Moran, H. N. Shapiro (2006). John Wiley & Sons, Ltd., ed. Fundamentals of Engineering Thermodynamics (5 ed.). pp. 14. ISBN 978-0-470-03037-0.

[Maxwell_1872_155-158-14] Maxwell, J.C. (1872). Theory of Heat, tercera edició, Longmans, Green, Londres, pàg. 155-158.

[Tait_1884_68-69-15] Tait, P.G. (1884). Heat, Macmillan, Londres, capítol VII, secció 95, pàg. 68-69.

[buchdahl-16] H.A. Buchdahl (1966). Cambridge University Press, ed. The Concepts of Classical Thermodynamics. pp. 73.

[Truesdell_1980-17] Truesdell, C.A. (1980). The Tragicomical History of Thermodynamics, 1822-1854, Springer, Nova York, ISBN 0-387-90403-4, Secció 11H, pàg. 320-332.

[18] Kondepudi, D. (2008).Introduction to Modern Thermodynamics, Wiley, Chichester, ISBN 978-0-470-01598-8, secció 32., pàg. 106-108.

[19] Carnot, Sadi; Rudolf Clausius, William T. Kelvin (1999). Institut d'Estudis Catalans. Editorial Pòrtic. Eumo editorial., ed. Escrits fonamentals sobre el segon principi de la termodinàmica. Clàssics de la ciència. (en català). Barcelona. ISBN 84-7283-457-3.

[20] Brillas, Enric (2004). Edicions Universitat Barcelona, ed. Conceptes de termodinàmica química i cinètica (en català). Barcelona. p. 107. ISBN 9788447528424.

[21] [1] Química general: introducción a la química teórica. Escrito por Cristóbal Valenzuela Calahorro. Páxina 360. ( books.google.es ).

[22] [2] Bioquímica de los procesos metabólicos. Escrito por Virginia Melo, Virginia Melo Ruiz, Oscar Cuamatzi. Páxina 11. ( books.google.es ).

[23] sa. "El equinoccio en el Sol, con SOHO". European Space Agency (en castelán). Consultado o 2019-03-27.

[24] Ernst Cohen and WAT Cohen-De Meester. Chemisch Weekblad , volume 33 (1936), p. 374-393, citado e traducido ao inglés en Fahrenheit temperature scale Arquivado 11 de maio de 2008 en Wayback Machine.

[Krane2002-25] 24,0 ^24,1 Resnik Halliday Krane (2002). Cecsa, ed. Física Volumen 1. ISBN 970-24-02-0257-3.

[nota 1]