Escalas Celsius, Kelvin y Fahrenheit
Un día de verano en la Costanera de Asunción, el termómetro de una farmacia marca $35\,^\circ\text{C}$. En una receta de cocina importada, el horno debe estar a $392\,^\circ\text{F}$. ¿Son números tan distintos porque miden cosas distintas, o miden lo mismo con otra «regla»? Al final de la página vas a poder responder.
Temperatura y calor
Cuando Ramón le pone el termómetro a su hermana con fiebre, quiere saber qué tan caliente está su cuerpo. Eso es la temperatura.
El calor es otra cosa: es la energía que pasa de un cuerpo más caliente a otro más frío. Un tereré helado y una pileta pueden estar a la misma temperatura, pero la pileta tiene muchísima más energía total porque tiene mucha más agua.
El calor fluye del cuerpo caliente al frío hasta que los dos quedan a la misma temperatura. Por eso el termómetro, después de unos minutos, marca lo mismo que tu cuerpo.
Ramón usa un termómetro clínico para controlar la temperatura de su hermana, que tiene fiebre. Explicá para qué sirve un termómetro y qué diferencia hay entre…
Ramón usa un termómetro clínico para controlar la temperatura de su hermana, que tiene fiebre. Explicá para qué sirve un termómetro y qué diferencia hay entre «temperatura» y «calor». Mencioná además en qué unidad se expresa la temperatura en cada una de las tres escalas.
Tres escalas, dos puntos fijos
Para graduar un termómetro se eligen dos puntos fijos que siempre se repiten: la temperatura a la que se funde el hielo y la temperatura a la que hierve el agua a nivel del mar. Cada escala les pone números distintos.
| Celsius (°C) | Kelvin (K) | Fahrenheit (°F) | |
|---|---|---|---|
| Fusión del hielo | 0 | 273 | 32 |
| Ebullición del agua | 100 | 373 | 212 |
| Divisiones entre ambos puntos | 100 | 100 | 180 |
Fijate que entre los dos puntos hay 100 divisiones en Celsius y en Kelvin, pero 180 en Fahrenheit. Por eso un grado Celsius y un kelvin son del mismo tamaño, y un grado Fahrenheit es más chico.
Escribí los valores de la temperatura de fusión del hielo y de la temperatura de ebullición del agua (a nivel del mar) en cada una de las tres escalas: Celsius, Kelvin y…
Escribí los valores de la temperatura de fusión del hielo y de la temperatura de ebullición del agua (a nivel del mar) en cada una de las tres escalas: Celsius, Kelvin y Fahrenheit.
De Celsius a Kelvin
Como los grados son del mismo tamaño y el hielo funde a $0\,^\circ\text{C}$ y a $273\ \text{K}$, solo hay que correr el cero:
Un día de verano en Asunción, el termómetro de la Costanera marca $35\,^\circ\text{C}$. Convertí esa temperatura a la escala Kelvin usando la relación $T = t + 273$ y…
Un día de verano en Asunción, el termómetro de la Costanera marca $35\,^\circ\text{C}$. Convertí esa temperatura a la escala Kelvin usando la relación $T = t + 273$ y escribí el resultado con su unidad.
Fahrenheit y las conversiones
Entre los puntos fijos, $100$ divisiones Celsius equivalen a $180$ divisiones Fahrenheit. La razón es $\frac{180}{100} = \frac{9}{5}$, y además el hielo está en $32\,^\circ\text{F}$. De ahí salen las fórmulas.
El porqué: primero se multiplican los grados por $\frac{9}{5}$ para ajustar el tamaño de la división, y después se suman $32$ para correr el cero.
Así se cierra el gancho: $35\,^\circ\text{C}$ y $392\,^\circ\text{F}$ no son números contradictorios; el primero es un día de verano y el segundo, un horno fuerte. Cada escala usa su propia «regla».
En una mañana fría de invierno en Villarrica, el termómetro marca $5\,^\circ\text{C}$. Expresá esa temperatura en kelvin y en grados Fahrenheit, usando $T = t + 273$ y…
En una mañana fría de invierno en Villarrica, el termómetro marca $5\,^\circ\text{C}$. Expresá esa temperatura en kelvin y en grados Fahrenheit, usando $T = t + 273$ y $F = \dfrac{9}{5}\,t + 32$. Escribí los cálculos paso a paso.
Sofía lee en un termómetro de una receta de cocina importada que el horno debe estar a $392\,^\circ\text{F}$, pero el horno de su casa marca en grados Celsius. Usando…
Sofía lee en un termómetro de una receta de cocina importada que el horno debe estar a $392\,^\circ\text{F}$, pero el horno de su casa marca en grados Celsius. Usando $t = \dfrac{5}{9}\,(F - 32)$, calculá a cuántos grados Celsius debe regular el horno y expresá también ese valor en kelvin.
La tabla muestra la temperatura de tres días de la semana en Ciudad del Este, medida con termómetros que usan distintas escalas: | Día | Temperatura | |---|---| | Lunes…
La tabla muestra la temperatura de tres días de la semana en Ciudad del Este, medida con termómetros que usan distintas escalas:
| Día | Temperatura |
|---|---|
| Lunes | $300\,\text{K}$ |
| Martes | $86\,^\circ\text{F}$ |
| Miércoles | $26\,^\circ\text{C}$ |
Convertí todos los valores a grados Celsius y ordená los días del más cálido al más fresco. Escribí los cálculos.
Comparar temperaturas y el cero de cada escala
Para comparar temperaturas dadas en escalas distintas hay que pasarlas todas a la misma escala. Después se ordenan los números.
Ahora una trampa frecuente. Óscar dice: «$40\,^\circ\text{C}$ es el doble de $20\,^\circ\text{C}$». Probemos en otras escalas:
| 20 °C | 40 °C | |
|---|---|---|
| Celsius | 20 | 40 |
| Kelvin | 293 | 313 |
| Fahrenheit | 68 | 104 |
En Celsius se duplicó el número, en Kelvin no ($313$ no es $586$) y en Fahrenheit tampoco ($104$ no es $136$). Entonces «el doble de temperatura» depende de la escala: el cero de Celsius y el de Fahrenheit son arbitrarios (se eligieron por comodidad, con el agua).
El cero de Kelvin ($0\ \text{K}$, unos $-273\,^\circ\text{C}$) es el cero absoluto: ahí las partículas tendrían la menor agitación posible y no puede haber temperaturas más bajas. Por eso su cero no es arbitrario y es la escala usada en ciencia.
Óscar afirma: «Si hoy hace $20\,^\circ\text{C}$ y mañana hará $40\,^\circ\text{C}$, mañana hará el doble de temperatura». Analizá esa afirmación convirtiendo ambas…
Óscar afirma: «Si hoy hace $20\,^\circ\text{C}$ y mañana hará $40\,^\circ\text{C}$, mañana hará el doble de temperatura». Analizá esa afirmación convirtiendo ambas temperaturas a kelvin y a grados Fahrenheit. ¿Se cumple que la temperatura se duplica en cada escala? Argumentá por qué la comparación «el doble» depende de la escala elegida, y indicá cuál de las tres escalas tiene un cero que no es arbitrario y por qué.
Araceli estudia dos termómetros: uno marca en grados Celsius y otro en grados Fahrenheit. Sumerge ambos en un recipiente con agua y observa que, tras unos minutos,…
Araceli estudia dos termómetros: uno marca en grados Celsius y otro en grados Fahrenheit. Sumerge ambos en un recipiente con agua y observa que, tras unos minutos, marcan el mismo número.
- a) Planteá una ecuación usando $F = \dfrac{9}{5}\,t + 32$ con $F = t$ y hallá ese valor.
- b) Expresá esa temperatura también en kelvin.
- c) Explicá si el agua del recipiente estaría líquida, sólida o gaseosa a esa temperatura, a nivel del mar, y justificá tu respuesta con los puntos fijos del agua.
Resumen
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La temperatura mide qué tan agitadas están las partículas y se mide con el termómetro; el calor es energía que pasa del cuerpo caliente al frío.
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Puntos fijos del agua: fusión $0\,^\circ\text{C} = 273\ \text{K} = 32\,^\circ\text{F}$; ebullición $100\,^\circ\text{C} = 373\ \text{K} = 212\,^\circ\text{F}$.
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Celsius ↔ Kelvin: $T = t + 273$ y $t = T - 273$ (el kelvin se escribe sin grado).
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Celsius ↔ Fahrenheit: $F = \frac{9}{5}t + 32$ y $t = \frac{5}{9}(F - 32)$.
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Para comparar, pasá todo a la misma escala; «el doble de temperatura» depende de la escala, y solo el cero de Kelvin (cero absoluto) no es arbitrario.