Sensores de medición de temperatura

Temperatura

Temperatura

Definición de temperatura: La temperatura es la magnitud termodinámica que pone en evidencia la energía térmica de un cuerpo con relación a la de otro.

A pesar que la definición de temperatura es simple y concisa, se puede explicar qué es la temperatura de un modo más extenso:

¿Qué es la temperatura?

La temperatura es una magnitud física de la materia que cuantifica las nociones comunes de calor y frío. Los objetos de baja temperatura los percibimos fríos, mientras que objetos de temperaturas más altas los consideramos tibios o calientes. Esta sensación fisiológica de frío y calor se genera al producirse un intercambio de energía térmica entre el cuerpo humano y otros cuerpos o, simplemente, el medio que la rodea.

Desde el punto de vista físico, la temperatura de una sustancia puede ser definida, según la teoría molecular, como la medida de la energía cinética media de las moléculas que la forman. Por otro lado, la temperatura se puede definir según la mecánica estadística, como la derivada de la energía respecto a la entropía a volumen constante.

En este sentido, la temperatura es una magnitud que describe un estado macroscópico y tiene un carácter exclusivamente estadístico; por tanto, no tiene sentido hablar de temperatura de una partícula material aislada, sino de un conjunto en el que sea aplicable la ley de los grandes números.

Los termómetros son la herramienta para medir cuantitativamente la temperatura, los cuales, pueden ser calibrados respecto a diferentes escalas de temperatura (escala Celsius, escala kelvin o escala Fahrenheit).

Escalas para medir la temperatura

Dado que la entropía, como magnitud que expresa el grado de desorden de un sistema termodinámico, no tiene dimensiones, de la definición de la mecánica estadística resulta que la temperatura puede ser medida en las mismas unidades que la energía. Tradicionalmente, sin embargo, han sido creadas las escalas de temperatura en paralelo con las unidades de energía. El factor que permite pasar de un sistema de unidades de energía a un de temperatura es llamado constante de Boltzmann.

Las tres escalas más habituales para medir la temperatura son:

Casi todo el mundo utiliza la escala Celsius (°C) para la medida de la mayoría de las temperaturas. La variación de temperatura entre un grado y el siguiente en una escala Celsius és la misma variación que en una escala Kelvin. La diferencia entre las escalas Celsius y Kelvin está en la fijación de su punto nulo: en la escala Celsius los 0ºC corresponden al punto de congelación del agua. Esta temperatura expresada en la escala kelvin corresponde a los 273,15 kelvins (273,15 K). El punto nulo de la escala Kelvin, los 0 kelvin, corresponde a la temperatura mínima a la que podría llegar teóricamente un cuerpo. Más frío que los 0 kelvin és impossible.

Los intervalos de la escala Kelvin se miden en kelvin, pero anteriormente se llamaban grados Kelvin.

Sin embargo, hay algunos pocos países, sobre todo los Estados Unidos, donde todavía se utiliza la escala Fahrenheit en la vida diaria. Se trata de una escala de temperaturas histórica en la que el punto de congelación del agua se sitúa a los 32 ° F y la temperatura de ebullición del agua se sitúa a los 212 ° F.

Medición de la temperatura en el sistema internacional de medidas

La unidad de medida de la temperatura en el Sistema Internacional de Unidades (SI) es el kelvin. El kelvin, es por lo tanto, la unidad usada por los científicos. Es frecuente verlo referenciado como grado kelvin.

A efectos prácticos de la medida de la temperatura dentro de los campos de la ciencia, el Sistema Internacional de Unidades (SI) define una escala y una unidad para la temperatura termodinámica basándose en el punto triple del agua. El punto triple es aquel en el cual coexisten en equilibrio el estado sólido, el estado líquido y el estado gaseoso de una sustancia. Se define con una temperatura y una presión de vapor. El punto triple del agua es un segundo punto de referencia fácilmente reproducible.

Por razones históricas, el punto triple del agua ha sido fijado en 273,16 unidades del intervalo de medida. Este intervalo se llama kelvin (en minúscula) representado con el símbolo K (en mayúscula) en honor del físico escocés William Thomson (Lord Kelvin) que definió por primera vez la escala. Anteriormente se llamaba grado Kelvin.

La temperatura y la termodinámica

Temperatura y termodinámicaUna de las principales propiedades estudiadas en el campo de la termodinámica es la temperatura. En la termodinámica son especialmente importantes las diferencias de temperatura entre diferentes regiones de la materia. Estas diferencias son las que permiten el movimiento del calor de una región a otra. El calor es que es la transferencia de la energía térmica.

Espontáneamente, el calor fluye sólo de las regiones de mayor temperatura en las regiones de menor temperatura. Tal y como se establece en la segunda ley de la termodinámica en el enunciado de Clausius. De modo que si no se transfiere calor entre dos objetos es porque ambos objetos tienen la misma temperatura.

Según el enfoque de la termodinámica clásica, la temperatura de un objeto varía proporcionalmente a la velocidad de las partículas que contiene. No depende del número de partículas (de la masa) sino de su velocidad media: a mayor temperatura mayor velocidad media. Por tanto, la temperatura está ligada directamente a la energía cinética media de las partículas que se mueven en relación al centro de masa del objeto.

La temperatura es una variable intensiva, ya que es independiente de la cantidad de las partículas contenidas en el interior de un objeto, ya sean átomos, moléculas o electrones. Se trata de una propiedad que no depende ni de la cantidad de sustancia ni del tipo de material.

Temperatura y energía térmica

Las moléculas de todas las sustancias materiales (sólidos, líquidos y gases) siempre se encuentran en un continuo estado de vibración o agitación, debido a las múltiples interacciones que sufren dentro el cuerpo. En consecuencia a esta agitación aleatoria, los átomos y moléculas de la materia poseen cierta energía interna, ya que tienen energía cinética en forma de movimiento y también energía potencial debido a las fuerzas que se ejercen entre las partículas.

La energía interna también se le conoce como la energía térmica de los cuerpos.

Por otro lado, la temperatura es la magnitud que permite registrar el valor promedio de la energía térmica de un cuerpo.

Medición de la temperatura

Para poder determinar la temperatura de un sistema, éste debe estar en equilibrio termodinámico. Se puede considerar que la temperatura varía con la posición sólo si para cada punto hay una pequeña zona a su alrededor que se puede tratar como un sistema termodinámico en equilibrio. En la termodinámica estadística, en lugar de partículas se habla de grados de libertad.

Dentro del campo de la termodinámica, se dice que un sistema se encuentra en estado de equilibrio termodinámico, si es incapaz de experimentar espontáneamente algún cambio de estado o proceso termodinámico cuando está sometido a unas determinadas condiciones de contorno.

Equilibrio térmico

En un enfoque más fundamental, la definición empírica de la temperatura se deriva de las condiciones del equilibrio térmico, que son expresadas al  principio cero de la termodinámica.

Cuando dos sistemas están en equilibrio térmico tienen la misma temperatura. La extensión de este principio como una relación de equivalencia entre varios sistemas justifica fundamentalmente la utilización del termómetro y establece los principios de su construcción para su medición. Aunque la ley cero de la termodinámica permitiría la definición empírica de muchas escalas de temperatura, la segunda ley de la termodinámica selecciona una única definición como la preferida: la temperatura absoluta, conocida como temperatura termodinámica.

Esta función corresponde a la variación de la energía interna con respecto a los cambios en la entropía de un sistema. Su origen natural, intrínseco o punto nulo es el cero absoluto, donde la entropía de cualquier sistema es mínima. Aunque esta es la temperatura mínima absoluta descrita por el modelo, la tercera ley de la termodinámica postula que el cero absoluto no puede ser alcanzado por ningún sistema físico.

¿Cómo se mide la temperatura?

Actualmente, hay varias formas de medir la temperatura. Normalmente los diferentes sistemas dependen de la aplicación o de si hay que medir temperaturas muy elevadas o muy bajas. Sin embargo, la herramienta más conocida y utilizada es el termómetro.

Las variaciones del estado térmico de un cuerpo ocasionan cambios en algunas propiedades macroscópicas (dilatación, evolución de la resistencia eléctrica, creación de fuerzas electromotrices, cambios de presión o de volumen en un gas, etc.). En consecuencia, las variaciones de estas propiedades permiten ser utilizados para la construcción de instrumentos que detecten las variaciones de temperatura.

valoración: 4 - votos 22

Última revisión: 9 de noviembre de 2016

Volver