¿QUÉ ES LA TEMPERATURA?

Desde los comienzos de la humanidad, el hombre tuvo la percepción de cuándo algo está frio o cuándo algo está caliente. También sintió curiosidad para entender y explicar estas sensaciones, ya que mediante el tacto cualquiera puede decir si una cosa está más fría o más caliente que otra, pero esta medición no es muy confiable porque depende de nuestras sensaciones. Desde muy antiguo, el hombre quiso saber más. Pero recién en el siglo XVI, se vio la necesidad práctica de medir estas nociones de frío y caliente. Galileo alrededor de 1592, Bacon en 1620 y Torricelli en 1672 se dedicaron a construir aparatos para medir cuán frío o caliente está algo. Estos aparatos de medición se llamaron termómetros, que son instrumentos para medir la temperatura. Ahora volvamos a la pregunta ¿Qué es Ia temperatura?”.

Podemos pensar en una experiencia. Si ponemos una cacerola de agua fría sobre el fuego, a medida que se va calentando podemos ver que el agua comienza a agitarse y que este movimiento es cada vez mayor. Así llegamos a algunas conclusiones:

La noción de caliente o frio está asociada a la agitación de las partículas del cuerpo (en nuestro caso, el agua).

  • El movimiento de las moléculas del cuerpo es mayor a medida que el cuerpo se calienta.
  • A esta agitación de las moléculas del cuerpo la llamamos agitación térmica.

Podemos decir entonces que la temperatura mide el grado de agitación térmica de las moléculas del cuerpo y que este movimiento está asociado a la energía cinética y se llama energía térmica. Por Io tanto, podemos dar una primera definición de la temperatura, como la magnitud que determina si un cuerpo es frío o caliente en una escala, ¿Qué es una escala? Una escala utiliza alguna propiedad del sistema que es sensible a los cambios que se producen si un cuerpo está frío o caliente se le asignan números.

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También se sabía desde hacía muchos siglos que si un cuerpo se calentaba, aumentaba su volumen, y que si se enfriaba, disminuía su volumen. Si se acercaba un cuerpo caliente a uno frio el cuerpo frío se calentaba algo y el cuerpo caliente se enfriaba algo.

Por ejemplo, si queremos saber la temperatura de una taza de té, colocamos un termómetro en la taza: el té se vuelve un poquito más frío por contacto con el termómetro y el termómetro se calienta después de un rato, el sistema (el té + el termómetro) alcanza la misma temperatura y podemos leerla; llegamos, entonces, a Io que llamamos equilibrio térmico. Se llega al equilibrio porque ya no se producen cambios en el sistema (el té no se enfría más y el termómetro no se calienta más).

También hay aisladores térmicos como la fibra de vidrio, la espuma plástica, la madera, etc. Los aisladores ideales no permiten ninguna interacción entre las distintas partes de un sistema, es decir, que impiden que el sistema alcance el equilibrio térmico. En realidad, el efecto de los aisladores es retrasar el equilibrio durante un tiempo. Se usan, por ejemplo, en conservadoras de frio o calor; a veces es muy bueno beber una bebida helada en un día de calor cuando estamos de camping o poder tomar un mate una tarde fría debajo de un arbolito.

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Vamos a pensar una experiencia; supongamos que tenemos tres sistemas A, B y C que no están en equilibrio térmico (es decir, que están a distinta temperatura) y los aislamos del exterior. También por medio de un aislador impedimos que A y B entren en contacto térmico, pero C puede interactuar con A y con B. Esperamos que A y B alcancen el equilibrio térmico con C. ¿Están A y B en equilibrio térmico entre sí? Si sacamos el aislamiento entre A y B, se observa que no hay modificación de la temperatura ellos entre sí están en equilibrio térmico. ¿A qué conclusión llegamos? Si C está en equilibrio con A y con B, entonces A y B están en equilibrio térmico. Podemos por consiguiente establecer la ley cero de la termodinámica:

Dos sistemas en equilibrio térmico con un tercero están en equilibrio térmico entre sí.

Con estas nociones, si podemos medir las variaciones de presión o de volumen, podemos tener indicios acerca de la temperatura de un cuerpo. Hay sustancias que son particularmente sensibles a modificaciones de volumen o presión cuando hay pequeños cambios en la temperatura; estas sustancias se llaman sustancias termométricas (como el mercurio o el alcohol) y se usan para la construcción de termómetros. Claro que después de resuelto esto, apareció otro problema: cada región medía la temperatura de la manera que más le convenía así comenzaron las dificultades y surgió la preocupación para conseguir una escala en común.

En el próximo artículo hablamos sobre las escalas de temperatura.

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