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Escala de temperatura absoluta

figura 1
Figura 1. Un recipiente de gas
cuyo volumen y  presión pueden
medirse.

figura 2
Figura 2. Relación entre la presión y la temperatura en un gas ideal a volumen constante.

Usemos un recipiente cilíndrico lleno de gas dotado de un pistón hermético deslizable como el que se muestra en la figura 1. Podremos cambiar el volumen del gas simplemente moviendo el pistón y podremos cambiar la presión del gas cambiando el peso del pistón.

Si introducimos el recipiente cilíndrico en un medio a diferentes temperaturas encontraremos que a medida que el gas se calienta su presión crece si mantenemos el volumen contante, y que su volumen crece si se mantiene la presión constante. De la misma forma, tanto el volumen como la presión disminuyen cuando el gas de enfría. Si detallamos en el asunto, hemos construido un termómetro, es decir, un sistema que cambia una de sus magnitudes medibles con el cambio de temperatura.

Nuestro termómetro está notablemente cerca de ser un termómetro universal ya que la experimentación ha demostrado que la constante de proporcionalidad es la misma para todos los gases siempre que sus densidades sean muy bajas (enrarecidos). En este estado de dilución, los gases se pueden considerar gases ideales, y nos permiten establecer una escala universal de temperatura. El grado de enrarecimiento necesaria del gas será cuestión de cuan preciso queremos que sea nuestro termómetro.

En la figura 2 se plotea la presión de un gas contra nuestra escala de temperatura, es decir en un termómetro de gas ideal a volumen constante. La parte del gráfico en las cercanías de la temperatura y presión cero aparece con linea de puntos debido a que en esa zona de temperaturas tan bajas nuestro termómetro no funciona al licuarse o congelarse el gas, y el tramo en linea de puntos es una extrapolación.

Si observamos el gráfico de la figura 2 nos podemos dar cuenta que la temperatura de un cuerpo no puede bajar indefinidamente y esta solo puede alcanzar aquel valor mínimo en el que la presión es cero. Si partimos del hecho de que la presión de un fluido sobre una superficie se debe al choque de las moléculas del fluido sobre la superficie, cuando la presión es cero las moléculas están en reposo, su energía cinética es cero, una condición límite poco menos que imposible en la práctica. Este punto hipotético de energía cinética cero produce el llamado cero absoluto de temperatura.

Ahora ajustemos la temperatura T = 0 en el lugar en el que la presión p se hace cero (si esto fuera posible), y como los experimentos indican que:

p = (una constante)T     (ecuación 1)

necesitamos definir T en algún otro punto. El segundo punto establecido en 1968 fue el punto triple del agua por acuerdo internacional. Este es el punto donde el agua coexiste como vapor, líquido y sólido y se le asignó el valor de 273.16 K en la que la K significa kelvin, y la escala así nacida se llama escala Kelvin. La denominación de kelvin a la escala se hizo en honor a Sir Willian Thomson, Lord Kelvin que desarrolló importantes trabajos en el siglo XIX en los fenómenos térmicos.


Asignarle 272.16 K al punto triple del agua hace compatible la escala Kelvin con la escala Celsius de temperatura (ºC). Para la escala Celsius el punto de congelación del agua a la presión de una atmósfera se toma como valor cero de referencia y el punto de ebullición a la misma presión como valor 100. La magnitud del grado en ambas escalas es idéntica de modo que:

tc = T - 273.15i

Donde T es la temperatura en la escala Kelvin y tc es la temperatura en la escala Celsius. La escala Celsius también se conoce como escala centígrada.

Otra escala de temperatura usada en la práctica es la escala Fahrenheit en la cual la temperatura tf  se mide en grados Fahrenheit  (ºF)  y fue establecida con la temperatura corporal humana en mente. En esta escala la temperatura de fusión del hielo corresponde a 32ºF, la temperatura del cuerpo humano es de unos 100ºF y la temperatura de ebullición del agua es 112ºF. La relación entre las escalas Fahrenheit y la Kelvin es:

tf  = 9/5T - 459.67



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