4.- Temperatura

TEMPERATURA

En 1714 el danés Daniel Gabriel Fahrenheit fue el primero en desarrollar una escala termométrica para distinguir que tan "frío" o "caliente" esta un objeto, él utilizó una columna de vidrio llena de mercurio y el cero grados (hoy llamado 0°Fahrenheit) lo estableció con la temperatura más baja que le fue posible obtener en el laboratorio, esto se hizo con una mezcla en partes iguales de Hielo/cloruro de amonio y 100°F los marco con la temperatura de su propio cuerpo, al saber que los seres humanos tenemos una temperatura corporal constante.
En 1742 el astrónomo sueco Anders Celsius diseño un termómetro más confiable y sustentado en propiedades físicas de la materia, además de usar vidrio capilar para mejorar la observación y una más rápida respuesta a los cambios de temperatura. Celsius tomó para marcar los 0°C el punto de fusión del agua, es decir, el punto donde el agua sólida (hielo) se encuentra en equilibrio con el estado líquido, los 100°C se establecieron cuando el agua llega a su punto de ebullición, es decir, cuando la presión de vapor de vapor del líquido esta en equilibrio con la presión atmosférica. Los termómetros modernos están basados en esta escala llamada indistintamente centígrada o Celsius; se utiliza como material sensible el mercurio, por ser un metal líquido que se expande o contrae con el aumento o disminución de la temperatura, aparte de ser buen conductor del calor su brillo lo hace muy distinguible.
Finalmente la escala científica para medir la temperatura es la Kelvin que esta basada en la Ley de Charles y Gay-Lussac. Estos dos investigadores encontraron en el siglo pasado la relación matemática que existe entre el volumen de un gas y su temperatura, a presión constante y se puede escribir como:

V = Vo(1 + a t)

Aquí V es el volumen de una cantidad fija de un gas a presión constante, Vo es el volumen que él ocupa a la temperatura de cero grados en la escala Celcius, alfa es una constante que tiene aproximadamente el valor de 1/273 para todos los gases, y t es la temperatura en la escala Celcius, esta ecuación de estado establece que el volumen de un gas aumenta linealmente con su temperatura. En los gases, la dependencia del volumen respecto a la temperatura es considerablemente más sencilla que en los sólidos y en los líquidos, el hecho de que todos los gases se comporten igualmente cuando son sometidos a un cambio dado de la temperatura sugiere que se deberían utilizar las propiedades de los gases para definir una escala de temperatura, esto es exactamente lo que se hace, la expresión dada anteriormente para expresar la Ley de Charles y Gay-Lussac puede escribirse de nuevo como:

t = ( V - Vo )/Vo

Esta ecuación puede interpretarse diciendo que existe la temperatura t, que por definición, es una cantidad que aumenta linealmente con el volumen de un gas.

¿QUE ES LA TEMPERATURA?

Finalmente reconocer y comprender que cosa era la temperatura llevó más de 150 años después del diseño del primer termómetro y esto fue resuelto bajo la teoría cinética de los gases ideales, en la que se hizo patente que es el movimiento molecular y los choques caóticos los que producen el efecto del calor y que este fenómeno es lo determina la temperatura. La Teoría Cinética de los gases desarrolló las ecuaciones necesarias que relacionan las leyes de los gases con el movimiento molecular y llega a la ecuación: mv / 2 = 3kT/2, donde m es la masa de las moléculas, v, su velocidad, k se le llama constante de Boltzman y resulta de la división de la constante universal de los gases y el número de Avogadro R/N, finalmente T es la temperatura absoluta o Kelvin. Esta ecuación nos muestra que hay una relación entre la velocidad de un gas con la temperatura. Un hecho importante es que debido al inmenso número de moléculas que existe en un volumen dado y al carácter estadístico de su velocidad, la temperatura sólo nos mide el promedio de las velocidades moleculares o más claro: La temperatura mide el promedio de la energía cinética de las moléculas.

IMPLICACIONES

El hecho de que el movimiento molecular que determina la temperatura tenga un carácter estadístico, es decir, que presentan diferente energía cinética provoca algunos hechos interesantes, por ejemplo:
a). - El agua se evapora a cualquier temperatura y eso lo podemos comprobar por los bloques de hielo que se forma en las paredes del congelador.
b). - Cuando calentamos agua hasta que hierva (punto de ebullición) no se evapora toda al mismo tiempo, porque no todas las moléculas tienen la misma energía cinética para evaporarse.
c). - Cuando llueve el agua se evapora a temperatura ambiente y no necesita llegar al punto de ebullición para evaporarse.
d). - Los perfumes deben sus propiedades odorantes a su rápida evaporación en la que se hallan disueltas las fragancias.
e). - La presencia de las nubes nos demuestra que el agua de los ríos, lagos y mares se evapora en virtud de su diferente energía cinética y por ello grandes volúmenes se ven suspendidas en la atmósfera.