Temperatura negativa para niños

En física, a veces encontramos sistemas muy especiales que pueden tener temperaturas negativas. Esto significa que, en la escala de temperatura absoluta (como la escala Kelvin), el valor de su temperatura es un número negativo.

Es importante no confundir esto con las temperaturas negativas que vemos en el día a día, como cuando hace -5 grados Celsius. En la escala Celsius, podemos enfriar algo por debajo de cero grados. Pero un sistema con temperatura absoluta negativa no es más frío que el cero absoluto (que es la temperatura más baja posible). De hecho, ¡es todo lo contrario!

¿Qué significa una temperatura negativa en física?

¿Es más frío o más caliente?

Aunque parezca extraño, un sistema con temperatura absoluta negativa está más caliente que cualquier sistema con temperatura positiva. Imagina que pones en contacto dos sistemas: uno con temperatura negativa y otro con temperatura positiva. El sistema con temperatura negativa le pasará energía en forma de calor al sistema con temperatura positiva. Esto demuestra que el sistema con temperatura negativa tiene más energía "disponible" para transferir.

¿Cómo es posible una temperatura negativa?

La mayoría de los sistemas que conocemos no pueden tener temperaturas negativas. Esto se debe a que, normalmente, cuando añadimos energía a un sistema, su entropía (que es una medida del desorden o la cantidad de formas en que la energía puede distribuirse) siempre aumenta.

Sin embargo, existen algunos sistemas muy particulares que solo pueden contener una cantidad limitada de energía. Piensa en ellos como si tuvieran un "techo" de energía. En estos sistemas especiales, a medida que su energía se acerca a ese límite máximo, su entropía puede empezar a disminuir. Como la temperatura se relaciona con cómo cambia la entropía con la energía, esta disminución de la entropía a medida que la energía aumenta es lo que hace que la temperatura se vuelva negativa.

Ejemplos de sistemas con temperatura negativa

Estos sistemas especiales suelen ser muy pequeños y controlados, como ciertos tipos de láseres o gases atómicos ultrafríos. En ellos, los científicos pueden manipular los niveles de energía de las partículas de una manera muy precisa para lograr este estado inusual.

La entropía de un sistema cuyas partículas solo pueden tener energía 0 o un valor específico (ε) es máxima cuando la energía promedio de cada partícula es la mitad de ese valor (ε/2). Si la energía del sistema sigue aumentando más allá de ese punto, la temperatura del sistema puede volverse negativa.

Véase también

En inglés: Negative temperature Facts for Kids