TEMPERATURALatemperaturaes unamagnitudreferida a las nociones
comunes decaliente, tibio ofroque puede ser medida con untermmetro.
En fsica, se define como unamagnitud escalarrelacionada con
laenerga internade un sistema termodinmico, definida por
elprincipio cero de la termodinmica. Ms especficamente, est
relacionada directamente con la parte de la energa interna conocida
como energa cintica, que es la energa asociada a los movimientos de
las partculas del sistema, sea en un sentido traslacional,
rotacional, o en forma devibraciones. A medida de que sea mayor la
energa cintica de un sistema, se observa que ste se encuentra ms
caliente; es decir, que su temperatura es mayor.En el caso de un
slido, los movimientos en cuestin resultan ser lasvibracionesde las
partculas en sus sitios dentro del slido. En el caso de ungas
idealmonoatmicose trata de los movimientos traslacionales de sus
partculas (para los gases multiatmicos los movimientos rotacional y
vibracional deben tomarse en cuenta tambin).El desarrollo de
tcnicas para la medicin de la temperatura ha pasado por un largo
proceso histrico, ya que es necesario darle un valor numrico a una
idea intuitiva como es lo fro o lo caliente.Multitud de
propiedadesfisicoqumicasde los materiales o las sustancias varan en
funcin de la temperatura a la que se encuentren, como por ejemplo
suestado(slido,lquido,gaseoso,plasma), suvolumen, lasolubilidad,
lapresin de vapor, su color o laconductividad elctrica. As mismo es
uno de los factores que influyen en la velocidad a la que tienen
lugar lasreacciones qumicas.La temperatura se mide contermmetros,
los cuales pueden ser calibrados de acuerdo a una multitud de
escalas que dan lugar a unidades de medicin de la temperatura. En
elSistema Internacional de Unidades, la unidad de temperatura es
elkelvin(K), y la escala correspondiente es laescala Kelvin o
escala absoluta, que asocia el valor cero kelvin (0 K) al cero
absoluto, y se grada con un tamao de grado igual al delgrado
Celsius. Sin embargo, fuera del mbito cientfico el uso de otras
escalas de temperatura es comn. La escala ms extendida es la
escalaCelsius, llamada centgrada; y, en mucha menor medida, y
prcticamente slo en losEstados Unidos, la escalaFahrenheit. Tambin
se usa a veces la escalaRankine(R) que establece su punto de
referencia en el mismo punto de la escalaKelvin, elcero absoluto,
pero con un tamao de grado igual al de la Fahrenheit, y es usada
nicamente enEstados Unidos, y slo en algunos campos de
laingeniera.
ESCALA CELSIUS Elgrado Celsius(smboloC) es la
unidadtermomtricacuya intensidad calrica corresponde a la centsima
parte del intervalo de temperatura existente entre el punto de
fusin del agua y el punto de su ebullicin. En esta escala se ha
fijado el valor de cero grados Celsius para el punto de fusin y el
de cien grados Celsius para el punto deebullicin.Segn lo dicho en
su definicin en este sistema alternativo, en el cual se establece
un referente para la determinacin del valor de una magnitud, se ha
dividido en cien partes el intervalo mencionado y se ha tomado una
sola de estas partes para constituir lo que se conoce como un
"grado", en esta escala. Es incorrecto, por ello, decir centgrado,
porque se estara afirmando que el intervalo entre los puntos de
fusin y ebullicin del agua constituye, por si solo, uno de estos
grados y que se estara tomando tan solo una centsima parte de l;
salindonos de este contexto advertimos que, otra implicacin, es
que, al no aadir a ello el nombre Celsius, no se estara haciendo
referencia a esta forma de establecimiento de una unidad, sino que
se estara hablando de una centsima parte del grado utilizado para
la magnitud ngulo plano en geometra, por ende tambin es incorrecto
mencionar solo la palabra grado.El grado Celsius pertenece
alSistema Internacional de Unidades, con carcter de unidad
accesoria, a diferencia delkelvinque es la unidad bsica de
temperatura en dicho sistema.
ESCALA FAHRENHEITElgrado Fahrenheit(representado comoF) es una
escala detemperaturapropuesta porDaniel Gabriel Fahrenheiten1724.
La escala establece como las temperaturas de congelacin y ebullicin
del agua, 32Fy 212F, respectivamente. El mtodo de definicin es
similar al utilizado para el grado Celsius(C).
ESCALA KELVINElkelvin(antes llamadogrado Kelvin),1simbolizado
comoK, es la unidad detemperaturade la escala creada porWilliam
Thomson, Lord Kelvin, en el ao1848, sobre la base delgrado Celsius,
estableciendo el punto cero en elcero absoluto(273,15C) y
conservando la misma dimensin. Lord Kelvin, a sus 24 aos introdujo
laescala de temperatura termodinmica, y la unidad fue nombrada en
su honor.Es una de las unidades delSistema Internacional de
Unidadesy corresponde a una fraccin de 1/273,16 partes de
latemperaturadelpunto tripledel agua.Se representa con la letraK, y
nunca "K". Actualmente, su nombre no es el de "grados kelvin", sino
simplemente "kelvin".Coincidiendo el incremento en ungrado
Celsiuscon el de un kelvin, su importancia radica en el 0 de la
escala: la temperatura de 0 K es denominada 'cero absoluto' y
corresponde al punto en el que lasmolculasytomosde un sistema
tienen la mnimaenerga trmicaposible. Ningn sistemamacroscpicopuede
tener una temperatura inferior. A latemperaturamedida en kelvin se
le llama "temperatura absoluta", y es la escala de temperaturas que
se usa enciencia, especialmente en trabajos defsicaoqumica.
TIPOS DE TERMOMETROSTermmetro de mercurio: es un tubo
devidriosellado que contienemercurio, cuyo volumen cambia con la
temperatura de manera uniforme. Este cambio de volumen se visualiza
en unaescala graduada. El termmetro de mercurio fue inventado
porGabriel Fahrenheiten el ao 1714.
Pirmetros: termmetros para altas temperaturas, son utilizados en
fundiciones, fbricas de vidrio, hornos para coccin decermicaetc.
Existen varios tipos segn su principio de funcionamiento: Pirmetro
ptico: se fundamentan en laley de Wiende distribucin de la radiacin
trmica, segn la cual, el color de la radiacin vara con la
temperatura. El color de la radiacin de la superficie a medir se
compara con el color emitido por un filamento que se ajusta con
unrestato calibrado. Se utilizan para medir temperaturas elevadas,
desde 700C hasta 3.200C, a las cuales se irradia suficiente energa
en elespectro visiblepara permitir la medicin ptica. Pirmetro de
radiacin total: se fundamentan en laley de Stefan-Boltzmann, segn
la cual, la intensidad de energa emitida por uncuerpo negroes
proporcional a la cuarta potencia de sutemperatura
absoluta.Pirmetro de infrarrojos: captan laradiacin infrarroja,
filtrada por una lente, mediante unsensorfotorresistivo, dando
lugar a unacorriente elctrica a partir de la cual uncircuito
electrnicocalcula la temperatura. Pueden medir desde temperaturas
inferiores a 0C hasta valores superiores a 2.000C.Pirmetro
fotoelctrico: se basan en elefecto fotoelctrico, por el cual se
liberan electrones desemiconductorescristalinos cuando incide sobre
ellos la radiacin trmica.
Termmetro de lmina bimetlica: Formado por dos lminas de metales
de coeficientes de dilatacin muy distintos y arrollados dejando el
coeficiente ms alto en el interior. Se utiliza sobre todo como
sensor detemperaturaen eltermohigrgrafo.
Termmetro de gas: Pueden ser a presin constante o a volumen
constante. Este tipo de termmetros son muy exactos y generalmente
son utilizados para la calibracin de otros termmetros.
Termmetro de resistencia: consiste en un alambre de algn metal
(como elplatino) cuyaresistencia elctricacambia cuando vara la
temperatura.
Termopar: un termopar o termocupla es un dispositivo utilizado
para medir temperaturas, basado en lafuerza electromotrizque se
genera al calentar la soldadurade dos metales distintos.
Termistor: es un dispositivo que vara su resistencia elctrica en
funcin de la temperatura. Algunos termmetros hacen uso decircuitos
integrados que contienen un termistor, como elLM35.
Termmetros digitales: son aquellos que, valindose de
dispositivostransductorescomo los mencionados, utilizan luego
circuitos electrnicos paraconvertiren nmeros las pequeas
variaciones detensinobtenidas, mostrando finalmente la temperatura
en unvisualizador. Una de sus principales ventajas es que por no
utilizar mercurio no contaminan el medio ambiente cuando son
desechados.
Termmetros clnicos: son los utilizados para medir la temperatura
corporal. Los hay tradicionales de mercurio y digitales, teniendo
estos ltimos algunas ventajas adicionales como su fcil lectura,
respuesta rpida, memoria y en algunos modelos alarma vibrante.
DILATACIONSe denominadilatacin trmicaal aumentolongitud,volumeno
alguna otra dimensin mtrica que sufre un cuerpo fsico debido
alaumentode temperaturaque se provoca en l por cualquier medio.
Lacontraccin trmicaes la disminucin de propiedades mtricas por
disminucin de la misma. Causas de dilatacinEn un slido las molculas
tienen una posicin razonablemente fija dentro de l. Cada tomo de la
red cristalina vibra sometido a una fuerza asociada a un pozo de
potencial, la amplitud del movimiento dentro de dicho pozo depender
de la energa total de tomo o molcula. Al absorber calor, laenerga
cintica promediode las molculas aumenta y con ella la amplitud
media del movimiento vibracional (ya que la energa total ser mayor
tras la absorcin de calor). El efecto combinado de este incremento
es lo que da el aumento de volumen del cuerpo.En los gases el
fenmeno es diferente, ya que la absorcin de calor aumenta la energa
cintica media de las molculas lo cual hace que la presin sobre las
paredes del recipiente aumente. El volumen final por tanto depender
en mucha mayor medida del comportamiento de las paredes.
DILATACIN LINEALLa dilatacin lineal es aquella en la cual
predomina la variacin en unanicadimensin, o sea, en el ancho, largo
o altura del cuerpo.Para estudiar este tipo de dilatacin,
imaginemos una barra metlica de longitud inicial L0y
temperatura0.Si calentamos esa barra hasta que la misma sufra una
variacin de temperatura, notaremos que su longitud pasa a ser igual
a L (conforme podemos ver en la siguiente figura):Matemticamente
podemos decir que la dilatacin es:
DILATACION SUPERFICIALEs aquella en que predomina la variacin en
dos dimensiones, o sea, la variacin del rea del cuerpoPara estudiar
este tipo de dilatacin, podemos imaginar una placa metlica de rea
inicialS0y temperatura inicial0.Si la calentramos hasta la
temperatura final,su rea pasar atenerun valor final igual aS.
DILATACIN VOLUMTRICAEs aquella en que predomina la variacin en
tres dimensiones, o sea, la variacin del volumen del cuerpo.Para
estudiar este tipo de dilatacin, podemos imaginar un cubo metlico
de volumen inicial V0y la temperatura inicial 0. Si lo calentamos
hasta la temperatura final, su volumen pasar a tener un valor final
igual a V.
La dilatacin volumtrica ocurri de forma anloga a la de la
dilatacin lineal; por tanto podemos obtener las siguientes
ecuaciones:
DILATACIN ANMALA DEL AGUAUna de las propiedades fsicas ms
curiosas e importantes del agua es su dilatacin anmala.Esta
dilatacin o contraccin del agua se puede medir fcilmente observando
el nivel del agua. A medida que se incremente la temperatura del
agua, esta ira bajando gradualmente indicando una contraccin.
Lacontraccincontinuara hasta que la temperatura del bulbo y la del
agua sean de 4C. Cuando latemperatura aumenta por arriba de 4C, el
agua cambia de direccin y se eleva en forma continua, indicando la
dilatacin normal con un incremento de temperatura. Esto significa
que el agua tiene su volumen mnimo y su densidad mxima a 4C.Gracias
a la dilatacin anmala del agua es posible la vida en los
ecosistemas acuticos. En un lago de montaa, por ejemplo, al llegar
el invierno, el agua se congela. Pero como el hielo flota, solo se
congela una delgada capa de agua, que queda en la superficie. El
agua por debajo est muy fra, pero el hielo la asla de las bajas
temperaturas del exterior y as no llega a congelarse. Gracias a
esto, las plantas y los animales acuticos pueden sobrevivir en
invierno. En la naturaleza, normalmente, siempre hay agua lquida
bajo el hielo.
CALORIMETRA La calorimetra es la ciencia de medir el calor de
las reacciones qumicas o de los cambios fsicos. El instrumento
utilizado en calorimetra se denomina calormetro. La palabra
calorimetra deriva del latino "calor". El cientfico escocs Joseph
Black fue el primero en reconocer la distincin entre calor y
temperatura, por esto se lo considera el fundador de
calorimetra.Fue mediante calorimetra que Joule calcul el
equivalente mecnico del calor demostrando con sus experiencias que
4.18 J de cualquier tipo de energa equivalen a1 calora.La
calorimetra indirecta calcula el calor que producen los organismos
vivos mediante su produccin de dixido de carbono y de los residuos
de nitrgeno (frecuentemente amonaco en organismos acuticos o,
tambin, urea en los terrestres). Antoine de Lavoisier indic en 1780
que la produccin de calor puede ser calculada por el consumo de
oxgeno de los animales. Naturalmente, el calor generado por los
organismos vivos tambin puede ser medido por calorimetra directa,
en la cual el organismo entero es colocado en el interior del
calormetro para hacer las mediciones.La calora se define como la
cantidad deenergacalorfica necesaria para elevar latemperaturade
ungramodeaguapura, desde 14,5C a 15,5C, a una presin normal de
unaatmsfera.Una calora (cal) equivale exactamente a 4,1869 julios
(J),1mientras que una kilocalora (kcal) es exactamente 4,1868
kilojulios (kJ).Lacapacidad calorficade un cuerpo es el cociente
entre la cantidad deenerga calorfica transferidaa un cuerpo o
sistema en un proceso cualquiera y el cambio de temperatura que
experimenta.Elcalor especficoes unamagnitud fsicaque se define como
la cantidad de calor que hay que suministrar a la unidad de masa de
una sustancia osistema termodinmicopara elevar su temperatura en
una unidad (kelvin o grado Celsius). En general, el valor del calor
especfico depende de dicha temperatura inicial.Se le representa con
la letra(minscula).De forma anloga, se define lacapacidad
calorficacomo la cantidad decalorque hay que suministrar a toda la
masa de una sustancia para elevar su temperatura en una unidad
(kelvin o grado Celsius). Se la representa con la
letra(mayscula).
ESTADOS DE AGREGACIN DE LA MATERIAEnfsicayqumicase observa que,
para cualquier sustancia o elemento material, modificando sus
condiciones detemperaturaopresin, pueden obtenerse distintos
estados o fases, denominadosestados de agregacin de la materia, en
relacin con lasfuerzas de uninde las partculas (molculas, tomos o
iones) que la constituyen.Todos los estados de agregacin poseen
propiedades y caractersticas diferentes, los ms conocidos y
observablescotidianamenteson cuatro, las llamadas
fasesslida,lquida,gaseosayplasmtica.
Tipos de cambio de estadoLos procesos en los que una sustancia
cambia de estado son: lasublimacin(S-G), lavaporizacin(L-G),
lacondensacin(G-L), la solidificacin(L-S), lafusin(S-L), y
lasublimacin inversa(G-S).
Lasublimacin(dellatnsublimre) o volatilizacin es el proceso que
consiste en elcambio de estadode slido al estado gaseoso sin pasar
por el estadolquido. Al proceso inverso se le
denominadeposicinosublimacin regresiva; es decir, el paso directo
del estado gaseoso al estado slido. Un ejemplo clsico de sustancia
capaz de sublimarse a presin y temperatura ambiente es elhielo
seco.
Lavaporizacines elcambio de estadode lquido a gaseoso. Hay dos
tipos de vaporizacin: laebulliciny laevaporacin.Se
denominaebullicincuando el cambio de estado ocurre por aumento de
la temperatura en el interior dellquido; elpunto de ebullicines la
temperaturaa la cual un lquido determinado hierve (a una presin
dada), y permanece constante mientras dure el proceso de cambio de
estado.Se le denominaevaporacincuando el estado lquido cambia
lentamente a estado gaseoso, tras haber adquirido suficiente energa
para vencer la tensin. A diferencia de la ebullicin, la evaporacin
se produce a cualquier temperatura, siendo ms rpida cuanto ms
elevada esta.
Se denominacondensacinal cambio de fase de la materia que se
encuentra en formagaseosa(generalmentevapores) y pasa a
formalquida. Es el proceso inverso a lavaporizacin. Si se produce
un paso de estado gaseoso a estado slido de manera directa, el
proceso es llamadosublimacininversa o deposicin. Si se produce un
paso del estado lquido a slido se denominasolidificacin.
Lasolidificacines unprocesofsicoque consiste en elcambio de
estadode la materia delquidoaslidoproducido por unadisminucinen la
temperatura o por una compresin de este material. Es el proceso
inverso a lafusin, y sucede a la misma temperatura. Ejemplo de esto
es cuando colocamos en el congelador agua, como la temperatura es
muy baja esto hace que se haga hielo, o en pocas palabras, aumenta
el volumenal solidificarse, aunque no sucede en todos los
casos.
Lafusines un proceso fsico que consiste en elcambio de estadode
la materia del estadoslidoalestado lquidopor la accin delcalor.
Cuando se calienta un slido, se transfiere calor a lostomos, los
cuales vibran con ms rapidez a medida que ganan energa.El proceso
de fusin de la materia es el mismo que el defundicin, pero este
ltimo trmino se aplica generalmente a sustancias como los metales,
que se lican a altas temperaturas, y a slidos cristalinos. Cuando
una sustancia se encuentra a su temperatura de fusin, el calor que
se suministra es absorbido por la sustancia durante su
transformacin, y no produce variacin de su temperatura. Este calor
adicional se conoce como calor de fusin. El trmino fusin se aplica
tambin al proceso de calentar una mezcla de slidos para obtener una
disolucin lquida simple.
Deposicines unproceso termodinmicoen el cual un gas se
transforma en un slido, tambin conocido comodesublimacin. El
proceso inverso de la deposicin es lasublimacin.Un ejemplo de
deposicin es el proceso por el cual, enairesub-congelado, elvapor
de aguacambia directamente ahielosin convertirse primero en
unlquido. As es como se forma la nieve en lasnubes, as como
laescarchaen el suelo.
LEYES DE LOS GASESLas primerasleyes de los gasesfueron
desarrollados desde finales del siglo XVII, cuando los cientficos
empezaron a darse cuenta de que en las relaciones entre la presin,
el volumen y la temperatura de una muestra degas, en unsistema
cerrado, se podra obtener una frmula que sera vlida para todos los
gases. Estos se comportan de forma similar en una amplia variedad
de condiciones debido a la buena aproximacin que tienen las
molculas que se encuentran ms separadas, y hoy en da la ecuacin de
estado para un gas ideal se deriva de lateora cintica. Ahora las
leyes anteriores de los gases se consideran como casos especiales
de la ecuacin del gas ideal, con una o ms de las variables
mantenidas constantes.
Ley de CharlesLa ley de Charles, o ley de los volmenes, fue
descubierta en 1778. Se dice que, para un gas ideal a presin
constante, el volumen es directamente proporcional a latemperatura
absoluta(en grados Kelvin).Esto se puede encontrar utilizando
lateora cintica de los gaseso un recipiente con calentamiento o
enfriamiento [sin congelar
