| TEMPERATURA |
De una manera cualitativa, nosotros podemos describir la temperatura de un objeto como aquella determinada por la sensación de calor o frío al estar en contacto con él. Esto es fácil de demostrar cuando dos objetos se colocan juntos (los físicos lo definen como contacto térmico), el objeto caliente se enfría mientras que el más frío se calienta hasta un punto en el cual no ocurren más cambios, y para nuestros sentidos, ambos tienen el mismo grado de calor. Cuando el cambio térmico ha parado, se dice que los dos objetos (los físicos los definen más rigurosamente como sistemas) están en equilibrio térmico. Entonces podemos definir la temperatura de un sistema diciendo que la temperatura es aquella cantidad que es igual para ambos sistemas cuando ellos están en equilibrio térmico. Si nuestro experimento fuese hecho con más de dos sistemas, encontraríamos que muchos sistemas pueden ser llevados a equilibrio térmico simultáneamente; el equilibrio térmico no depende del tipo de objeto usado. Pero siendo más preciso:
Si dos sistemas están separadamente en equilibrio térmico con un tercero, entonces ellos deben estar en equilibrio térmico entre sí. y ellos tienen la misma temperatura sin tomar en cuenta el tipo de sistema que sean.
Lo expresado en letras itálicas es llamado Ley Cero de la Termodinámica y puede ser escrita más formalmente como: Si tres o más sistemas están en contacto térmico entre si y todos en equilibrio al mismo tiempo, entonces cualquier par que se tome separadamente están en equilibrio entre sí. Ahora uno de los tres sistemas puede ser calibrado como un instrumento para medir temperatura, definiendo así un termómetro. Cuando uno calibra un termómetro, este se pone en contacto con el sistema hasta que alcanza el equilibrio térmico, obteniendo así una medida cuantitativa de la temperatura del sistema. Por ejemplo, un termómetro clínico de mercurio es colocado bajo la lengua del paciente y se espera que alcance el equilibrio térmico con su boca. Podemos ver como el líquido plateado (mercurio) se expande dentro del tubo de vidrio y se puede leer en la escala del termómetro para saber la temperatura del paciente. La temperatura en un lugar sobre la superficie terrestre está determinada por la verticalidad con que llegan los rayos solares y por el tiempo de exposición del Sol durante el día. En el ecuador el día dura 12 hr. cualquier día del año, pero en los polos dura 6 meses. Entre esos dos extremos, a una latitud de 50º, el día dura 8 hr. en el invierno y en el verano dura 16 hr. A esto se debe que en esa latitud los climas son extremosos. Los rayos del Sol que atraviesan la atmósfera, chocan con la tierra y el agua calentándolas, pero la tierra se calienta más rápidamente que el agua; por otra parte, por la noche, la tierra se enfría más rápidamente que el agua. El calor que proporciona el Sol se perdería completamente durante la noche de no ser por el vapor de agua que contiene el aire y también en forma de nubes. Las variaciones de temperatura llegan a ser en zonas de montañas de entre la temperatura mínima y máxima de unos 20ºC en un mismo día. Sin embargo en las costas la variación llega a sólo unos 10ºC. Es importante conocer las variaciones diarias de la temperatura, ya que permite evaluar el cambio del tiempo. La temperatura mínima de un día se presenta normalmente cercana a la salida del sol y la máxima entre las 14 y 16 hr., y no al mediodía como podría suponerse ya que es la mayor verticalidad de los rayos solares. Esto se debe a que el calor se va acumulando en los objetos que calienta el sol poco a poco. Un efecto parecido se nota en las estaciones, ya que el mes más caliente no es junio sino a fines de julio y principios de agosto; en cambio el mes más frío no es diciembre sino enero para el hemisferio norte. Aparatos para Medir la temperatura: El Termómetro, es un instrumento que mide la temperatura de un sistema en forma cuantitativa. Una forma fácil de hacerlo es encontrando una sustancia que tenga una propiedad que cambie de manera regular con la temperatura. La manera más "regular" es de forma lineal: t(x)=ax+b.
Donde t es la temperatura y cambia con la propiedad x de la sustancia. Las constantes a y b dependen de la sustancia usada y deben ser evaluadas en dos puntos de temperatura específicos sobre la escala, por ejemplo, 32 para el punto congelamiento del agua y 212 para el punto de ebullición. Después se aclara que este es el rango de una escala ya conocida como la Fahrenheit. Por ejemplo, el mercurio es líquido dentro del rango de temperaturas de -38,9 C a 356,7 C (la escala Celsius se discute más adelante). Como un líquido, el mercurio se expande cuando se calienta, esta expansión es lineal y puede ser calibrada con exactitud. Este instrumento se debe colocar en contacto con el aire pero a la sombra, ya que si el sol les dá, se calientan más que el aire y dan una lectura errónea. Las escalas termométricas más usadas en la actualidad son las de:
Celcius (centígrada), Fahrenheit y Todas usan como punto fijo de calibración el punto de fusión del hielo y la temperatura del vapor de agua hirviendo al nivel del mar, a la presión atmosférica normal (punto de ebullición del agua). La comparación de dichas escalas térmicas se muestra en la Tabla siguiente: C F K 100° 212° 373° punto de ebullición del agua 0° 32° 273° punto de fusión del hielo De lo cual se deduce : t°C = (5/9) [ t°F - 32] Alternativamente: t °F = (9/5) t °C + 32 Además, T°K = t°C + 273,15 |