¿Qué es la temperatura?
Termología.
Parte de la física que estudia el calor y sus efectos sobre la materia.
Temperatura.
Magnitud física que determina, junto con la presión y el volumen, el estado de un sistema. Medida de la energía cinética, de los átomos o moléculas que constituyen a la materia y la podemos medir con un termómetro, sus diferentes escalas son Celsius, Fahrenheit y Kelvin. Es también, una medida de la cantidad de energía interna que un sistema puede transferir como calor a otro de menor temperatura; es proporcional a la energía cinética promedio de las partículas de un sistema (energía interna).
🔍La temperatura.
En la primera parte (izquierda), se muestran las dos regiones que componen este sistema y que inicialmente tienen diferente temperatura, alta y baja, representadas por el movimiento, más rápido y más lento respectivamente, de sus partículas. Las flechas indican la cantidad de movimiento de las partículas, que produce la transferencia de calor de la región de alta temperatura a la de baja temperatura. En la segunda parte (derecha), se ilustra un sistema en equilibrio térmico, donde no hay transferencia neta de calor, reflejado en el movimiento uniforme de las partículas en todo el sistema. Se demuestra visualmente que en el equilibrio térmico, las partículas en todas las regiones tienen la misma energía promedio y por tanto, la misma temperatura.
Cuando la energía de las partículas de un sistema aumenta porque se les ha transferido energía de las partículas de otro, con el que podría tener contacto directo o no, aumenta su temperatura, como consecuencia, las partículas que han transferido su energía hacia otras que tenían menor cantidad, disminuyen su energía y por tanto, disminuyen su temperatura. Este proceso termina cuando ambos sistemas llegan a un punto en el que tienen la misma temperatura, llamado equilibrio térmico.
- Cuando dos sistemas tienen contacto entre sí, el calor se transfiere por conducción.
- Cuando dos sistemas están en contacto con un fluido en común (como el aire), el fluido se mueve transportando la energía de un sistema a otro, el calor se transfiere por convección.
- La energía puede transmitirse mediante ondas electromagnéticas en el vacío pues no necesita de un medio material para su propagación, el calor se transfiere por radiación.
Calor.
Aumento o disminución de la temperatura que posee un cuerpo, su unidad es la caloría y se puede medir con un calorímetro. Transferencia de energía entre dos sistemas que están a diferente temperatura, cuando la temperatura de ambos sistemas es la misma, no existe transferencia de energía (no hay calor).
¿Cómo se mide la temperatura?
Existen diversas maneras de medir la temperatura basadas en medir propiedades físicas que dependen de la cantidad de energía interna de las sustancias, como el volumen. El volumen de una sustancia cambia con la temperatura y las sustancias aumentan su volumen (se dilatan) cuando aumenta su temperatura y lo disminuyen (se comprimen), cuando ésta disminuye, a este fenómeno se le llama dilatación térmica, lo ves aplicado en los termómetros de mercurio (cuando la temperatura aumenta, el mercurio se dilata y asciende por el calor).
La dilatación térmica se aplica en la fabricación de termómetros construidos con cintas de dos metales diferentes (bimetálicos o termopares), donde la diferencia en la dilatación de la longitud de las cintas al calentarse provoca que el armado de ambas se doble o estire.
Entre otras propiedades que se utilizan para medir la temperatura están la presión y la conductividad eléctrica, de echo, la densidad fue la primera propiedad utilizada para fabricar un termómetro.
Ecalas termométricas:
Fahrenheit. Toma como punto superior, la temperatura del cuerpo humano (96°) y como punto inferior la temperatura de una mezcla de agua, sal y cloruro de amonio (0°). Con esta escala, las temperaturas de ebullición y congelación del agua son 212° y 32° respectivamente.
Kelvin o escala absoluta. Relacionada con la energía cinética promedio de las partículas de un sistema, si la energía aumenta o disminuye pasa lo mismo con la temperatura. ¿Existirá algún punto donde las partículas no tengan energía cinética y su temperatura sea cero? William Thomson dedujo que esta temperatura existía y corresponde a temperaturas negativas en escalas Celsius y Fahrenheit, y por debajo de este valor no existía ningún otro. Por tanto, el cero se propuso como valor absoluto en la escala Kelvin y equivale a -273.15 °C o -459.67 °F.
🔍Diferencia entre temperatura y calor.
Teoría cinética de los gases.
Explica el comportamiento y las propiedades de los gases en términos del movimiento de sus partículas.
Principios básicos:
- Las moléculas de un gas están en constante movimiento aleatorio y se mueven en todas las direcciones a diferentes velocidades.
- Las moléculas colisionan entre sí y con las paredes del contenedor. Estas colisiones se consideran elásticas, lo que significa que no hay perdida neta de energía cinética.
- Se asume que las fuerzas de atracción o repulsión entre as partículas de gas son insignificantes, por lo que su comportamiento se puede considerar independiente de éstas.
Leyes de los gases.
🔍 Ley de Boyle.
A temperatura constante, el volumen de una cantidad fija de gas es inversamente proporcional a su presión. Si aumenta la presión, el volumen disminuye y viceversa. La energía cinética promedio de las partículas (relacionada con la temperatura) se mantiene constante, pero cambia la manera en que estas partículas se distribuyen en el espacio (volumen).
🔍 Ley de Charles.
A presión constante, el volumen de una cantidad fija de gas es directamente proporcional a su temperatura, aumenta el volumen, y si se reduce, el volumen disminuye también. Al incrementar la temperatura, aumentas la energía cinética promedio de las partículas del gas, lo que hace que se muevan más rápidamente y ocupen más espacio (mayor volumen).
🔍 Ley de Gay-Lussac.
A volumen constante, la presión de una cantidad fija de gas es directamente proporcional a su temperatura. Al aumentar la temperatura, también aumenta la presión y al disminuir, la presión baja. Al aumentar la temperatura (y la energía cinética promedio), las partículas del gas chocan con más fuerza contra las paredes del contenedor, lo que aumenta la presión.
🔍 Ley de Avogadro.
La misma temperatura y presión, volúmenes iguales de gases diferentes contienen el mismo número de moléculas. La energía cinética promedio para las partículas de diferentes gases es la misma si están a la misma temperatura, independientemente de las diferencias en sus propiedades moleculares.
