Diferencia entre revisiones de «Temperatura»

[[Archivo:Translational motion.gif|thumb|right|300px|La temperatura de un Gas ideal [[monoatómico]] es una medida relacionada con la energía cinética promedio de sus átomo al moverse. En esta animación, la relación entre el [[radio de Bohr|tamaño]] de los átomos de [[helio]] respecto a su separación se conseguiría bajo una presión de 1950 [[atmósfera (unidad)|atmósferas]] de presión. Estos átomos a temperatura ambiente tienen una cierta velocidad media (aquí reducida dos '''[[billón|billones]]''' de veces).]]

La '''temperatura''' es una magnitud referida a las nociones comunes de calor o frío, por lo general un objeto más ''"caliente"'' tendrá una temperatura mayor. Físicamente es una [[magnitud escalar]] dada por una Función creciente del grado de agitación de las partículas de los materiales. A mayor agitación, mayor temperatura. Así, en la escala microscópica, la temperatura se define como el promedio de la energía de los movimientos de una [[Partícula elemental|partícula]] individual por [[grado de libertad]].  

En el caso de un sólido, los movimientos en cuestión resultan ser las [[vibración|vibraciones]] de las partículas en sus sitios dentro del sólido. En el caso de un Gas ideal [[monoatómico]] se trata de los movimientos traslacionales de sus partículas (para los gases multiatómicos los movimientos rotacional y vibracional deben tomarse en cuenta también).  

Multitud de propiedades [[fisicoquímica]]s de los materiales o las sustancias varían en función de la temperatura a la que se encuentren, como por ejemplo su [[estado de agregación de la materia|estado]] (Gaseoso, líquido, sólido, [[plasma (estado de la materia)|plasma]]...), su [[volumen]], la Solubilidad, la presión de vapor o la conductividad eléctrica. Así mismo es uno de los factores que influyen en la velocidad a la que tienen lugar las reacciones químicas.

[[Archivo:Pakkanen.jpg|thumb|130px|Un termómetro‏‎ debe alcanzar el equilibrio térmico antes de que su medición sea correcta.]]

Al contrario de otras cantidades termodinámicas como el calor o la entropía, cuyas definiciones microscópicas son válidas muy lejos del [[equilibrio térmico]], la temperatura sólo puede ser medida en el equilibrio, precisamente porque se define como un promedio.

La temperatura es una [[propiedad intensiva]], es decir que no depende del tamaño del sistema, sino que es una propiedad que le es inherente, ni en la cantidad de material de éste.

Antes de dar una definición formal de temperatura, es necesario entender el concepto de [[equilibrio térmico]]. Si dos partes de un sistema entran en contacto térmico es probable que ocurran cambios en las propiedades de ambas. Estos cambios se deben a la transferencia de calor entre las partes. Para que un sistema esté en equilibrio térmico debe llegar al punto en que ya no hay intercambio de calor entre sus partes, además ninguna de las propiedades que dependen de la temperatura debe variar.

Una definición de temperatura se puede obtener de la [[Ley cero de la termodinámica]], que establece que si dos sistemas A y B están en equilibrio térmico al mismo tiempo con un tercer sistema C entonces los sistemas A y C estaran en equilibrio térmico. Este es un hecho empírico más que un resultado teórico. Ya que tanto los sistemas A, B, y C están todos en equilibrio térmico, es razonable decir que comparten un valor común de alguna propiedad física. Llamamos a esta propiedad temperatura.

También es posible definir la temperatura en términos de la [[segunda ley de la termodinámica]], que trata con la cual dice que la Entropía de todos los sistemas, o bien permanece igual o bien aumenta con el tiempo, esto se aplica al Universo entero como sistema termodinámico. La entropía es una medida del desorden que hay en un sistema. Este concepto puede ser entendido en términos estadísticos, considere una serie de tiros de monedas. Un sistema perfectamente ordenado para la serie, sería aquel en que solo cae cara o solo cae cruz. Sin embargo, existen múltiples combinaciones por las cuales el resultado es un desorden en el sistema, es decir que haya una fracción de caras y otra de cruces. Un sistema desordenado podría ser aquel en el que hay 90% de caras y 10% de cruces, o 60% de caras y 40% de cruces. Sin embargo es claro que a medida que se hacen más tiros, el número de combinaciones posibles por las cuales el sistema se desordena es mayor; en otras palabras el sistema evoluciona naturalmente hacia un estado de desorden máximo es decir 50% caras 50% cruces de tal manera que cualquier variación fuera de ese estado es altamente improbable.

Para dar la definición de temperatura en base a la segunda ley, habrá que introducir el concepto de [[máquina térmica]] la cual es cualquier dispositivo capaz de transformar calor en [[trabajo mecánico]]. En particular interesa conocer el planteamiento teórico de la [[máquina de Carnot]], que es una máquina térmica de construcción teórica, que establece los límites teóricos para la eficiencia de cualquier máquina térmica real.

[[Archivo:Carnot heat engine 2.svg|400px|thumb|right|Aquí se muestra la máquina térmica descrita por Carnot, el calor entra al sistema a través de una temperatura inicial (aquí se muestra como''T_H'') y fluye a través del mismo obligando al sistema a ejercer un trabajo sobre sus alrededores, y luego pasa al medio frío, el cual tiene una temperatura final (''T_C'').]]

Aquí el signo negativo indica la salida de calor del sistema. Esta relación sugiere la existencia de una [[función de estado]] ''S'' definida por:

Para un Gas ideal, la [[teoría cinética]] de gases utiliza [[mecánica estadística]] para relacionar la temperatura con el promedio de la energía total de los átomos en el sistema. Este promedio de la energía es independiente de la masa de las partículas, lo cual podría parecer contraintuitivo para muchos. El promedio de la energía está relacionado excusivamente con la temperatura del sistema, sin embargo, cada partícula tiene su propia energía la cual puede o no corresponder con el promedio; la distribución de la energía, (y por lo tanto de las velocidades de las partículas) está dada por la [[estadística de Maxwell-Boltzmann|distribución de Maxwell-Boltzmann]].

La energía de los gases ideales [[monoatómico]]s se relaciona con su temperatura por medio de la siguiente expresión:

:<math> \overline{E}_t = \begin{matrix} \frac{3}{2} \end{matrix} nRT </math>, donde (n= número de [[mol]]es, R= [[constante de los gases ideales]]).

En un gas [[diatómico]], la relación es:

El cálculo de la energía cinética de objetos más complicados como las moléculas, es más difícul. Se involucran [[grados de libertad]] adicionales los cuales deben ser considerados. La segunda ley de la termodinámica establece sin embargo, que dos sistemas al interactuar el uno con el otro adquirirán la misma energía promedio por partícula, y por lo tanto la misma temperatura.

En una mezcla de partículas de varias masas distintas, las partículas más masivas se moverán más lentamente que las otras, pero aún así tendrán la misma energía promedio. Un átomo de neón se mueve relativamente más lento que una molécula de hidrógeno que tenga la misma energía cinética. Una manera análoga de entender esto es notar que por ejemplo, las partículas de polvo suspendidas en un flujo de agua se mueven más lentamente que las partículas de agua. Para ver una ilustración visual de éste hecho vea [http://intro.chem.okstate.edu/1314F00/Laboratory/GLP.htm este enlace]. La ley que regula la diferencia en las distribuciones de velocidad de las partículas con respecto a su masa es la [[ley de los gases ideales]].

En el caso particular de la Atmósfera, los meteorólogos han definido las temperaturas [[temperatura virtual|virtual]] y [[temperatura potencial|potencial]], para facilitar algunos cálculos.

(Note that a calculation of the kinetic energy of a more complicated object, such as a molecule, is slightly more involved. Additional [[degrees of freedom (physics and chemistry)|degrees of freedom]] are available, so molecular rotation or vibration must be included.)<br><br>

In a mixture of particles of various mass, the heaviest particles will move more slowly than lighter counterparts, but will still have the same average energy. A [[neon]] atom moves slower relative to a [[hydrogen]] molecule of the same kinetic energy; a pollen particle moves in a slow [[Brownian motion]] among fast moving water molecules, etc. A visual illustration of this [http://intro.chem.okstate.edu/1314F00/Laboratory/GLP.htm from Oklahoma State University] makes the point more clear. Particles with different mass have different velocity distributions, but the average kinetic energy is the same because of the [[ideal gas law]].

 

More realistically, no such ideal vacuum exists. For instance a thermometer in a vacuum chamber which is maintained at some finite temperature (say, chamber is in the lab at room temperature) will equilibrate with the thermal radiation it receives from the chamber and with time reaches the temperature of the chamber. If a thermometer orbiting the Earth is exposed to a [[sunlight]], then it equilibrates at the temperature at which power received by the thermometer from the Sun is exactly equal to the power radiated away by thermal radiation of the thermometer. For a black body this equilibrium temperature is about 281 K (+8 °C). Earth average temperature (which is maintained by similar balance) is close to this temperature.

A thermometer far away from Solar system still receives [[Cosmic microwave background radiation]].   Equilibrium temperature of such thermometer is about 2.725 K, which is the temperature of a photon gas constituting black body microwave background radiation at present state of expansion of Universe. This temperature is sometimes referred to as the temperature of space.

* [[Kelvin]] (K) El Kelvin es la unidad de medida del SI, y siendo la escala Kelvin absoluta parte del cero absoluto y define la magnitud de sus unidades de tal forma que el [[punto triple del agua]] este exactamente a 273.15 K.<ref name="Krane2002"/>

* [[Grado Rankine]] (°R o °Ra). Escala con intervalos de grado equivalentes a la escala fahrenheit. Con el origen en -459.67&nbsp;°F (aproximadamente)

[[Unidades derivadas del SI]]

* [[Grado Fahrenheit]] (°F). Toma divisiones entre los puntos de congelación y evaporación de disoluciones de [[cloruro amónico]]. Es una unidad típicamente usada en los países anglosajones.

* [[Grado Réaumur]] (°Ré, °Re, °R). Usada para procesos industriales específicos, como el [[almíbar]].

*[[Grado Newton]] (°N). En desuso.

*[[Grado Leiden]]. Usada para calibrar indirectamente bajas temperaturas. En desuso.

! [[Grado Celcius]]

! [[Grado Newton]]

! [[Grado Delisle]]

|[[Grado Celcius]]

|[[Grado Newton]]

|[[Grado Delisle]]

Se puede obtener con el [[termómetro de mercurio]], cuyo bulbo, reflectante y de color blanco brillante, se puede suponer razonablemente que no absorbe radiación.

Se toma con un [[termómetro de bulbo]], que tiene el depósito de Mercurio encerrado en una [[esfera]] o ''bulbo'' metálico de Color Negro‏‎, para asemejarlo lo más posible a un cuerpo negro y absorba la máxima radiación. Para anular en lo posible el efecto de la temperatura del aire, el bulbo negro se aísla mediante otro bulbo en el que se ha hecho al vacío.  

La [[temperatura de bulbo negro]] hace una función parecida, dando la combinación de la temperatura radiante y la ambiental

'''Temperatura de bulbo húmedo''' o ''Temperatura húmeda'' es la temperatura que da un termómetro‏‎ a la sombra con el bulbo envuelto en una [[mecha]] de algodón húmedo bajo una corriente de Aire.

* esto no ocurre para todos los sólidos: el ejemplo más típico que no lo cumple es el hielo.

 

{{Reflist}}

 

[[Categoría:Magnitudes físicas]]

[[Categoría:Unidades de temperatura]]