Temperatura para niños

La temperatura de un gas ideal monoatómico es una medida relacionada con la energía cinética promedio de sus moléculas al moverse. En esta animación, se muestra a escala la relación entre el tamaño de los átomos de helio respecto a su espaciado bajo una presión de 1958 atmósferas. Estos átomos, a temperatura ambiente, muestran una velocidad media que en esta animación se ha reducido dos billones de veces. De todas maneras, en un instante determinado, un átomo particular de helio puede moverse mucho más rápido que esa velocidad media mientras que otro puede permanecer prácticamente inmóvil.

La temperatura es una medida que nos dice qué tan caliente o frío está algo. Podemos medirla con un termómetro. En el mundo de la física, la temperatura está relacionada con la energía interna de un objeto o sistema.

Piensa en las partículas muy pequeñas (como átomos y moléculas) que forman todo lo que nos rodea. Estas partículas siempre están en movimiento. La temperatura está directamente relacionada con la energía cinética, que es la energía que tienen las partículas debido a su movimiento.

Cuanto más rápido se mueven las partículas de un objeto, más energía cinética tienen y más "caliente" se siente ese objeto. Por el contrario, si las partículas se mueven más lento, el objeto se siente más "frío".

En un sólido, las partículas vibran en su lugar. En un gas, las partículas se mueven libremente y chocan entre sí. En ambos casos, la temperatura nos indica qué tan rápido o con qué fuerza se mueven o vibran esas partículas.

A lo largo de la historia, se han creado diferentes formas de medir la temperatura para darle un valor numérico a lo que sentimos como frío o calor.

Muchas características de los materiales cambian con la temperatura. Por ejemplo, el estado de una sustancia (si es sólido, líquido o gas), su volumen, o cómo de rápido ocurren las reacciones químicas.

La temperatura se mide con termómetros. La unidad de temperatura más usada en la ciencia es el kelvin (K), que forma parte del Sistema Internacional de Unidades. También usamos mucho el grado Celsius (°C) y, en algunos lugares como Estados Unidos, el grado Fahrenheit (°F).

¿Qué es la temperatura?

La temperatura es una propiedad física que nos ayuda a entender qué tan caliente o frío está un objeto. Sin embargo, en la ciencia, su significado es más profundo.

El movimiento de las partículas

La temperatura nos indica la velocidad promedio o la energía cinética (movimiento) de las partículas (como átomos o moléculas) que forman un objeto. Si un objeto está muy caliente, sus partículas se mueven muy rápido. Si está muy frío, se mueven más lento.

Existe un punto llamado "cero absoluto", donde las partículas no tienen movimiento. Es la temperatura más baja posible.

A veces, lo que sentimos como calor o frío (la sensación térmica) no es exactamente la temperatura real. La temperatura es una propiedad de los objetos a gran escala, pero su causa está en el movimiento de las partículas a nivel microscópico.

La temperatura está muy conectada con la energía interna de un sistema: a mayor temperatura, mayor energía interna.

La temperatura es una propiedad intensiva. Esto significa que no importa el tamaño del objeto o la cantidad de sustancia que tenga; la temperatura es una característica propia de ese material.

¿Cómo se define la temperatura?

Para entender la temperatura, primero debemos conocer el concepto de equilibrio térmico.

El equilibrio térmico

Un termómetro debe alcanzar el equilibrio térmico antes de que su medición sea correcta.

Imagina que tienes dos objetos, uno caliente y uno frío, y los pones en contacto. El calor se moverá del objeto caliente al frío hasta que ambos alcancen la misma temperatura. Cuando ya no hay intercambio de calor y sus propiedades no cambian, decimos que están en equilibrio térmico.

La Ley cero de la termodinámica nos ayuda a definir la temperatura. Dice que si el objeto A está en equilibrio térmico con el objeto C, y el objeto B también está en equilibrio térmico con el objeto C, entonces A y B también estarán en equilibrio térmico entre sí. Esto significa que A, B y C comparten una misma propiedad: la temperatura.

Para medir esta propiedad, se inventaron los termómetros. Dos de las escalas más importantes fueron creadas por Anders Celsius en 1742 y por William Thomson (conocido como Lord Kelvin) en 1848.

La temperatura y el desorden

También podemos entender la temperatura a través de la segunda ley de la termodinámica. Esta ley nos dice que el desorden (llamado entropía) en el universo siempre aumenta o se mantiene igual.

Piensa en un cuarto ordenado. Si no haces nada, con el tiempo se desordenará. Es mucho más probable que las cosas se desordenen que se ordenen solas. La entropía es una medida de ese desorden.

En un sistema, el calor tiende a moverse de las zonas más calientes a las más frías, aumentando el desorden general. La temperatura está relacionada con esta tendencia natural.

Unidades para medir la temperatura

Las escalas de temperatura se dividen en dos tipos: relativas y absolutas. Todas tienen un punto mínimo, el cero absoluto, pero no un máximo.

Escalas relativas

Estas escalas se basan en puntos de referencia específicos, como el punto de congelación y ebullición del agua.

• Grado Celsius (°C): Fue creada por Anders Celsius. Originalmente, usaba el punto de congelación del agua como 0°C y el punto de ebullición como 100°C. En 1954, se redefinió usando el punto triple del agua (donde el agua puede ser sólida, líquida y gas al mismo tiempo) como 0.01°C. Es la escala más usada en el mundo.

• Grado Fahrenheit (°F): Esta escala es común en Estados Unidos. Su creador, Daniel Gabriel Fahrenheit, usó una mezcla de sal y hielo como 0°F y la temperatura del cuerpo humano como 100°F.

• Grado Réaumur (°Ré): Se usaba en algunos procesos industriales, como la preparación de almíbar.

• Otras escalas históricas: Existen otras escalas menos comunes o en desuso, como el Grado Rømer, el Grado Newton, el Grado Leiden y el Grado Delisle.

Escalas absolutas

Estas escalas no dependen de las propiedades de una sustancia específica, sino que se basan en el cero absoluto, la temperatura más baja posible.

• Kelvin (K): Es la unidad de temperatura del Sistema Internacional de Unidades. El kelvin se define a partir de una constante fundamental de la física, la constante de Boltzmann. El cero kelvin (0 K) es el cero absoluto, donde las partículas no tienen energía de movimiento. No se usa la palabra "grado" ni el símbolo "º" antes del kelvin.

• Rankine (R o Ra): Es una escala similar a la Fahrenheit, pero su cero también está en el cero absoluto. Ya no se usa mucho.

Cómo convertir temperaturas

Aquí tienes una tabla para convertir temperaturas entre las diferentes escalas:

	Kelvin	Grado Celsius	Grado Fahrenheit	Rankine	Grado Réaumur	Grado Rømer	Grado Newton	Grado Delisle
Kelvin		Error al representar (Falta el ejecutable <code>texvc</code>. Véase math/README para configurarlo.): K = C + 273.15	Error al representar (Falta el ejecutable <code>texvc</code>. Véase math/README para configurarlo.): K = (F + 459.67) \, \frac{5}{9} \,	Error al representar (Falta el ejecutable <code>texvc</code>. Véase math/README para configurarlo.): K = Ra \, \frac{5}{9} \,	Error al representar (Falta el ejecutable <code>texvc</code>. Véase math/README para configurarlo.): K = Re \, \frac{5}{4} + 273.15	Error al representar (Falta el ejecutable <code>texvc</code>. Véase math/README para configurarlo.): K = (Ro - 7.5)\frac{40}{21} + 273.15	Error al representar (Falta el ejecutable <code>texvc</code>. Véase math/README para configurarlo.): K = N \, \frac{100}{33} + 273.15	Error al representar (Falta el ejecutable <code>texvc</code>. Véase math/README para configurarlo.): K = 273.15 - De \, \frac{2}{3}
Grado Celsius	Error al representar (Falta el ejecutable <code>texvc</code>. Véase math/README para configurarlo.): C = K - 273.15		Error al representar (Falta el ejecutable <code>texvc</code>. Véase math/README para configurarlo.): C = ( F - 32 ) \frac{5}{9}	Error al representar (Falta el ejecutable <code>texvc</code>. Véase math/README para configurarlo.): C = ( F - 491.67 ) \frac{5}{9}	Error al representar (Falta el ejecutable <code>texvc</code>. Véase math/README para configurarlo.): C = Re \, \frac{5}{4}	Error al representar (Falta el ejecutable <code>texvc</code>. Véase math/README para configurarlo.): C = (Ro - 7.5)\frac{40}{21}	Error al representar (Falta el ejecutable <code>texvc</code>. Véase math/README para configurarlo.): C = N \, \frac{100}{33} \,</small>	Error al representar (Falta el ejecutable <code>texvc</code>. Véase math/README para configurarlo.): C = 100 - De \, \frac{2}{3}
Grado Fahrenheit	Error al representar (Falta el ejecutable <code>texvc</code>. Véase math/README para configurarlo.): F = K \frac{9}{5} - 459.67	Error al representar (Falta el ejecutable <code>texvc</code>. Véase math/README para configurarlo.): F = C \frac{9}{5} + 32		Error al representar (Falta el ejecutable <code>texvc</code>. Véase math/README para configurarlo.): F = Ra - 459.67	Error al representar (Falta el ejecutable <code>texvc</code>. Véase math/README para configurarlo.): F = Re \, \frac{9}{4} + 32	Error al representar (Falta el ejecutable <code>texvc</code>. Véase math/README para configurarlo.): F = (Ro - 7.5)\frac{24}{7} + 32</small>	Error al representar (Falta el ejecutable <code>texvc</code>. Véase math/README para configurarlo.): F = N \, \frac{60}{11} + 32 \,</small>	Error al representar (Falta el ejecutable <code>texvc</code>. Véase math/README para configurarlo.): F = 112 - De \, \frac{6}{5}
Rankine	Error al representar (Falta el ejecutable <code>texvc</code>. Véase math/README para configurarlo.): Ra = K \frac{9}{5}	Error al representar (Falta el ejecutable <code>texvc</code>. Véase math/README para configurarlo.): Ra = (C + 273.15) \frac{9}{5} \,	Error al representar (Falta el ejecutable <code>texvc</code>. Véase math/README para configurarlo.): Ra = F + 459.67		Error al representar (Falta el ejecutable <code>texvc</code>. Véase math/README para configurarlo.): Ra = Re \, \frac{9}{4} + 491.67</small>	Error al representar (Falta el ejecutable <code>texvc</code>. Véase math/README para configurarlo.): Ra = (Ro - 7.5)\frac{24}{7} + 491.67</small>	Error al representar (Falta el ejecutable <code>texvc</code>. Véase math/README para configurarlo.): Ra = N \, \frac{60}{11} + 491.67 \,</small>	Error al representar (Falta el ejecutable <code>texvc</code>. Véase math/README para configurarlo.): Ra = 171.67 - De \, \frac{6}{5}
Grado Réaumur	Error al representar (Falta el ejecutable <code>texvc</code>. Véase math/README para configurarlo.): Re = (K - 273.15) \frac{4}{5} \,	Error al representar (Falta el ejecutable <code>texvc</code>. Véase math/README para configurarlo.): Re = C \, \frac{4}{5}	Error al representar (Falta el ejecutable <code>texvc</code>. Véase math/README para configurarlo.): Re = (F - 32) \, \frac{4}{9}	Error al representar (Falta el ejecutable <code>texvc</code>. Véase math/README para configurarlo.): Re = (Ra - 491.67)\frac{4}{9}		Error al representar (Falta el ejecutable <code>texvc</code>. Véase math/README para configurarlo.): Re = (Ro - 7.5)\frac{32}{21}</small>	Error al representar (Falta el ejecutable <code>texvc</code>. Véase math/README para configurarlo.): Re = N \, \frac{80}{33} \,</small>	Error al representar (Falta el ejecutable <code>texvc</code>. Véase math/README para configurarlo.): Re = 80 - De \, \frac{5}{6}
Grado Rømer	Error al representar (Falta el ejecutable <code>texvc</code>. Véase math/README para configurarlo.): Ro = (K - 273.15) \frac{21}{40} + 7.5</small>	Error al representar (Falta el ejecutable <code>texvc</code>. Véase math/README para configurarlo.): Ro = C \, \frac{21}{40} + 7.5</small>	Error al representar (Falta el ejecutable <code>texvc</code>. Véase math/README para configurarlo.): Ro = (F - 32) \, \frac{7}{24} + 7.5</small>	Error al representar (Falta el ejecutable <code>texvc</code>. Véase math/README para configurarlo.): Ro = Ra - 491.67 \frac{7}{24} + {7.5}</small>	Error al representar (Falta el ejecutable <code>texvc</code>. Véase math/README para configurarlo.): Ro = Re \, \frac{21}{32} + 7.5</small>		Error al representar (Falta el ejecutable <code>texvc</code>. Véase math/README para configurarlo.): Ro = N \, \frac{35}{22} + {7.5} </small>	Error al representar (Falta el ejecutable <code>texvc</code>. Véase math/README para configurarlo.): Ro = 60 - De \, \frac{7}{20}
Grado Newton	Error al representar (Falta el ejecutable <code>texvc</code>. Véase math/README para configurarlo.): N = (K - 273.15) \frac{33}{100}</small>	Error al representar (Falta el ejecutable <code>texvc</code>. Véase math/README para configurarlo.): N = C \, \frac{33}{100}</small>	Error al representar (Falta el ejecutable <code>texvc</code>. Véase math/README para configurarlo.): N = (F - 32) \, \frac{11}{60}</small>	Error al representar (Falta el ejecutable <code>texvc</code>. Véase math/README para configurarlo.): N = (Ra - 491.67) \, \frac{11}{60}</small>	Error al representar (Falta el ejecutable <code>texvc</code>. Véase math/README para configurarlo.): N = Re \, \frac{33}{80}</small>	Error al representar (Falta el ejecutable <code>texvc</code>. Véase math/README para configurarlo.): N = (Ro - 7.5) \frac{22}{35}</small>	Error al representar (Falta el ejecutable <code>texvc</code>. Véase math/README para configurarlo.): N = N</small>	Error al representar (Falta el ejecutable <code>texvc</code>. Véase math/README para configurarlo.): N = 33 - De \, \frac{11}{50}</small>
Grado Delisle	Error al representar (Falta el ejecutable <code>texvc</code>. Véase math/README para configurarlo.): De = (373.15 - K) \frac{3}{2}</small>	Error al representar (Falta el ejecutable <code>texvc</code>. Véase math/README para configurarlo.): De = (100 - C ) \, \frac{3}{2}</small>	Error al representar (Falta el ejecutable <code>texvc</code>. Véase math/README para configurarlo.): De = (212 - F ) \, \frac{5}{6}</small>	Error al representar (Falta el ejecutable <code>texvc</code>. Véase math/README para configurarlo.): De = (580.67 - Ra) \frac{5}{6}</small>	Error al representar (Falta el ejecutable <code>texvc</code>. Véase math/README para configurarlo.): De = (80 - Re ) \, \frac{6}{5}</small>	Error al representar (Falta el ejecutable <code>texvc</code>. Véase math/README para configurarlo.): De = (60 - Ro ) \, \frac{20}{7}</small>	Error al representar (Falta el ejecutable <code>texvc</code>. Véase math/README para configurarlo.): De = (33 - N) \, \frac{50}{11} </small>

Una forma más sencilla de ver las equivalencias entre las escalas más usadas es:

La temperatura en diferentes materiales

Se comparan las escalas Celsius y Kelvin mostrando los puntos de referencia anteriores a 1954 y los posteriores para mostrar cómo ambas convenciones coinciden. De color negro aparecen el punto triple del agua (0.01 °C, 273.16 K) y el cero absoluto (-273.15 °C, 0 K). De color gris los puntos de congelamiento (0.00 °C, 273.15 K) y ebullición del agua (100 °C, 373.15 K).

La temperatura en los gases

En un gas ideal, la teoría cinética de gases nos dice que la temperatura está relacionada con la energía promedio de todas las partículas del gas. Esta energía promedio no depende de cuánto pesen las partículas.

Aunque la energía promedio está ligada a la temperatura, cada partícula tiene su propia energía, que puede ser diferente al promedio. Las partículas más pesadas se moverán más lento que las más ligeras, pero su energía promedio será la misma si están a la misma temperatura.

La sensación térmica

La sensación térmica es lo que sentimos en nuestra piel sobre el calor o el frío, y es diferente de la temperatura real que mide un termómetro. Nuestro cuerpo es muy bueno regulando su propia temperatura (alrededor de 36.5°C).

El cuerpo humano produce calor constantemente al digerir los alimentos. Para mantener su temperatura, debe liberar el calor extra al ambiente.

• Si el ambiente permite que el cuerpo libere el calor justo necesario, nos sentimos cómodos.
• Si el ambiente hace que perdamos mucho calor, sentimos frío.
• Si el ambiente impide que liberemos el calor, sentimos calor.

La sensación de comodidad no solo depende de la temperatura del aire. También influyen otros factores:

• Intercambio por convección: El aire caliente sube y el frío baja. Si el aire alrededor de nuestra piel es más frío, se calienta y sube, siendo reemplazado por aire más fresco.
• Transmisión: Si tocamos algo frío, nuestro cuerpo le cede calor. Si tocamos algo caliente, recibimos calor.
• Radiación: Intercambiamos calor con los objetos que nos rodean a través de la radiación. Si los objetos son más fríos que nuestra piel, nos enfriamos.
• Evaporación: Cuando el sudor se evapora de nuestra piel, nos enfría. Cuanto más seco esté el aire, más rápido se evapora el sudor y más nos refrescamos.

Por eso, la sensación de comodidad depende de la combinación de la temperatura del aire, la temperatura de los objetos que nos rodean, la humedad relativa del aire y la velocidad del aire.

Temperatura seca

La temperatura seca del aire es la temperatura del aire sin considerar la radiación de los objetos ni la humedad. Se mide con un termómetro de mercurio normal.

Temperatura radiante

La temperatura radiante considera el calor que emiten los objetos a nuestro alrededor por radiación. Se mide con un termómetro de globo, que tiene un bulbo negro para absorber la mayor cantidad de radiación posible. Esta medida nos da una idea de la sensación térmica.

Temperatura húmeda

La temperatura de bulbo húmedo se mide con un termómetro cuyo bulbo está cubierto por un paño húmedo y expuesto a una corriente de aire. Al evaporarse el agua del paño, el termómetro se enfría. Cuanto menos humedad relativa haya en el ambiente, más rápido se evapora el agua y más baja será la temperatura que marque. Esta medición es útil para entender la sensación térmica y para calcular la humedad relativa del aire.

Véase también

En inglés: Temperature Facts for Kids