QUIMICA. SESION 3

Temperatura

• Aunque de forma subjetiva, podemos definir la temperatura como aquella propiedad de los cuerpos que nos permite determinar su grado de calor o frío, pero teniendo presente que calor y temperatura son cosas distintas.
• Sin embargo nuestros sentidos nos pueden engañar respecto a la temperatura de los cuerpos. Así, al tocar el metal y la madera de un pupitre sentimos aquél frío y a ésta cálida, pero sabemos que ambos deben estar a igual temperatura, porque al poner dos cuerpos en contacto, al cabo de un tiempo igualan sus temperaturas. Así, podemos definir la temperatura como la propiedad de los cuerpos que, al pasar un tiempo en contacto, es igual en ellos.
Teoría cinética
Todos los cuerpos están formados por átomos y moléculas y dichos átomos y moléculas están en constante movimiento, bien desplazándose (en los líquidos y gases) bien vibrando (en los sólidos). Puesto que se mueven, estas moléculas están dotadas de una velocidad. La temperatura de un cuerpo está relacionada con la velocidad de las moléculas que la forman y, así, cuanto mayor sea la temperatura, mayor será la velocidad de sus moléculas.
Calor
Cuando un cuerpo se mueve impulsado por una fuerza dicha fuerza está desarrollando un trabajo y, por tanto, todo trabajo implica un movimiento.
Sin embargo, muchos cuerpos tienen capacidad de producir un trabajo, aún cuando no lo están realizando en un determinado momento. Así, el agua de un río, aunque normalmente no produce un trabajo, puede ser aprovechada para mover unas aspas y producir un trabajo.
• Esta capacidad de un cuerpo para producir un trabajo se llama energía.
• Existen muchas formas de energía, es decir muchas formas de producir un trabajo: energía eléctrica, energía hidráulica, energía solar... Y una de estas formas es el calor o energía calorífica.
Unidades de medida del calor
• Como la energía no es más que la capacidad de realizar un trabajo, se medirá en las mismas unidades que éste. En el Sistema Internacional se mide en Julios (J). Pero existen otras muchas unidades para medir la energía que, por tradición, se continúan empleando.
• Así el calor (y la energía aportada por la comida) se suele medir en calorías (cal) y la energía eléctrica en kilowatioshora (kwh), pero evidentemente todas pueden interconvertirse según la siguiente tabla:

Energía interna
• Los átomos y moléculas de un cuerpo se están moviendo continuamente, así que tiene una energía. La suma de las energías de todos los átomos y moléculas de un cuerpo es lo que se conoce como energía interna y se manifiesta con la temperatura del cuerpo.
• Cuando un cuerpo se calienta, aumenta su temperatura y sus átomos y moléculas se mueven más rápidamente: aumenta su energía interna.
• Cuando un cuerpo se enfría, su temperatura decrece y sus átomos y moléculas se desplazan más lentamente: disminuye su energía interna
Conversión
• La energía de un cuerpo se puede aprovechar para producir un trabajo, pero un trabajo también puede utilizarse para aumentar la energía de un cuerpo y, además, las distintas formas de energía pueden transformarse de una en otra.
• Así la energía eléctrica que llega a los hogares se transforma en energía luminosa en las lámparas y bombillas, y puede proceder de la energía química del carbón o el gasóleo que se queman o de la energía potencial del agua que está contenida en un embalse.
Transferencia
• Cuando se ponen en contacto dos cuerpos a distinta temperatura, las moléculas del que está a menor temperatura, y se mueven más despacio, chocan con las del que está a mayor temperatura, y se mueven más rápido. Con los choques, las moléculas lentas se aceleran y las lentas se retardan, hasta que al final ambas se mueven a la misma velocidad, ambos cuerpos están a la misma temperatura.
• El cuerpo que tenía mayor temperatura ha perdido energía interna que ha ganado el cuerpo más frío. Esa energía que ha pasado de un cuerpo a otro, porque se encontraban a distinta temperatura, es lo que se denomina calor y, normalmente, va acompañada de un cambio de temperatura.
• Cuando se transforma un tipo de energía en otro, parte de la energía se transforma siempre en calor.
Unidades de medida Escala centígrada
Para medir la temperatura se han desarrollado varias escalas termométricas. La más empleada en la Europa continental y Latinoamérica es la escala centígrada o Celsius, in ventada por el astrónomo sueco Anders Celsius. En esta escala, el agua se congela a 0ºC y entra en ebullición a 100ºC.
Unidades de medida Escala Kelvin
• Al estudiarse la temperaturas, se observó se descubrió que no podía nunca ser menor de -273ºC, ésta es la temperatura más baja que nunca podría existir. El físico inglés William Thompson, Lord Kelvin, propuso una nueva escala de temperaturas, cuyo origen estuviera en -273ºC, de esta forma no habría nunca temperaturas negativas, de ahí que reciba el nombre de escala absoluta.
• Esta escala también se llama Kelvin en honor a su creador (pero la temperatura no se mide en grados Kelvin, sino en Kelvin) y es la empleada por los científicos y técnicos del mundo. En ella, el agua congela a 273 K y hierve a 373 K, es decir, el agua líquida abarca un intervalo de temperaturas de 100 K, lo que quiere decir que, en cuanto a intervalo de temperaturas, 1 K es lo mismo que 1ºC.
Unidades de medida Escala Fahrenheit
En los países anglosajones, Gran Bretaña y EE.UU. sobre todo, se emplea otra escala de temperaturas, la debida al físico alemán Daniel Fahrenheit y que, en su honor, recibe el nombre de escala Fahrenheit. En la escala Fahrenheit el agua se congela a 32ºF y hierve a 212ºF, por lo que el agua líquida existiría en un intervalo de 180ºF y no de 100, como ocurre en las escalas centígradas y Kelvin.
Conversión de unidades
• La escala Kelvin o absoluta es la misma escala centígrada pero desplazada -273º. Así que para pasar de la escala centígrada a la escala Kelvin, bastará con sumar 273 a la temperatura obtenida en la escala Celsius.
• Y para pasar a la escala Celsius a partir de la escala Kelvin sólo tendremos que restar a ésta 273.
Medida de temperatura
• La medida de la temperatura se realiza mediante termómetros. Estos llevan un indicador y una escala, se ponen en contacto con el cuerpo cuya temperatura se desea conocer y, tras unos instantes, se mira la escala.
• El termómetro más habitual es el de mercurio (por ejemplo los termómetros clínicos son de mercurio) que consisten en un tubo delgado que contiene el metal. Al calentarse o enfriarse, el mercurio se dilata o se contrae ascendiendo o descendiendo por el tubo. El nivel que alcance indica la temperatura deseada.
Ejercicios
• Consideramos que una persona tiene fiebre cuando su temperatura corporal es de 37 ºC. ¿Cuánto marcará, como mínimo, un termómetro Fahrenheit cuando una persona tiene fiebre?
• Al ver las noticias del tiempo en la CNN, decían que en Nueva York la temperatura era de 77 ºF. ¿Hacía demasiado calor en Nueva York?
• ¿Qué diferencia de temperatura es mayor, 1 K ó 1 ºC?
• ¿Habrá alguna temperatura en la que marquen lo mismo un termómetro graduado en la escala Celsius y otro graduado en la escala Fahrenheit?
• ¿Habrá alguna temperatura en la que marquen lo mismo un termómetro graduado en la escala Kelvin y otro graduado en la escala Fahrenheit?