Temperatura e Escalas Termométricas

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Temperatura
Es una magnitud física referida a las nociones comunes de calor medible mediante un termómetro. En física, se define como una magnitud escalar relacionada con la energía interna de un sistema termodinámico, definida por el principio cero de la termodinámica. está relacionada directamente con la parte de la energía interna conocida como «energía cinética», que es la energía asociada a los movimientos de las partículas del sistema, sea en un sentido traslacional, rotacional, o en forma de vibraciones. 
Termómetro: Es un instrumento de medición de temperatura. Inicialmente se fabricaron aprovechando el fenómeno de la dilatación, por lo que se prefería el uso de materiales con elevado coeficiente de dilatación, de modo que, al aumentar la temperatura, su estiramiento era fácilmente visible. El metal base que se utilizaba en este tipo de termómetros ha sido el mercurio, encerrado en un tubo de vidrio que incorporaba una escala graduada.
Escalas de temperatura: La escala más usada en la mayoría de los países del mundo es el centígrado (°C), llamada Celsius desde 1948 en honor a Anders Celsius (1701-1744). En esta escala, el cero (0 °C) y los cien (100 °C) grados corresponden respectivamente a los puntos de congelación y de ebullición del agua, ambos a la presión de 1 atmósfera.[3]
Escalas termométricas son: Fahrenheit (°F), propuesta por Daniel Gabriel Fahrenheit. El grado Fahrenheit es la unidad de temperatura en el sistema anglosajón de unidades, utilizado principalmente en Estados Unidos.
Su relación con la escala Celsius es: °F = °C × 9/5 + 32   ;   °C = (°F − 32) × 5/9. Réaumur (°R), actualmente en desuso. Se debe a René-Antoine Ferchault de Réaumur (1683-1757).
Su relación con la escala Celsius es: 0 ºR = 0 º C; °R = °C × 4/5   ;   °C = °R × 5/4. Kelvin (TK) o temperatura absoluta, es la escala de temperatura del Sistema Internacional de Unidades. Aunque la magnitud de una unidad Kelvin (K) coincide con un grado Celsius (°C), el cero absoluto se encuentra a -273,15 °C y es inalcanzable según el tercer principio de la termodinámica.
Su relación con la escala Celsius es: TK = °C + 273,15. Celsius (ºC)Fue creada en 1742 por Andrés Celsius, es la más utilizada en el mundo, su referencia inferior esta basada en el punto de fusión del hielo (0°C) y la superior en el punto de ebullición del agua (100°C). Entre estas dos referencias existen 100 divisiones. Para convertir de ºK a ºC se aplica la siguiente formula. ºC=ºK – 273
La ecuación del calor es una importante ecuación diferencial en derivadas parciales del tipo parabólica que describe la distribución del calor En forma general, para utilizar en cualquier sistema de coordenadas, la ecuación es:
donde α {\displaystyle \alpha } es una constante positiva, y ∇ 2 {\displaystyle \nabla ^{2}} es el operador de Laplace. En el problema físico de variación de temperatura, u ( x , y , z , t ) {\displaystyle u(x,y,z,t)} es la temperatura y α {\displaystyle \alpha } es la difusividad térmica. En tratados matemáticos es común considerar el caso en que α = 1 {\displaystyle \alpha =1} . Considerando la ecuación de estado, de la primera ley de la termodinámica (es decir, la conservación de la energía), se escribe de la siguiente forma (asumiendo que no hay transferencia de masa, o fuentes de radiación, pero si una fuente de energía Q {\displaystyle Q} ). Esta forma es más general y particularmente útil para analizar como las diversas propiedades c p {\displaystyle c_{p}} ρ {\displaystyle \rho } influyen sobre cada término.
ρ c p ∂ T ∂ t − ∇ ⋅ ( k ∇ T ) = Q {\displaystyle \rho c_{p}{\frac {\partial T}{\partial t}}-\nabla \cdot \left(k\nabla T\right)=Q} 
Calorimetría: es la parte de la física que se encarga de la medición del calor en una reacción química o un cambio de estado usando un instrumento llamado calorímetro. Pero también se puede emplear un modo indirecto calculando el calor que los organismos vivos producen a partir de la producción de dióxido de carbono y de nitrógeno (urea en organismos terrestres), y del consumo de oxígeno.
ΔU = cambio de energía interna
Como la presión no se mantiene constante, el calor medido no representa el cambio de entalpía.
Calorimetría a presión constante
El calor medido es igual al cambio en la energía interna del sistema menos el trabajo realizado:q = Δ U − w {\displaystyle q=\Delta U-w\,} 
Como la presión se mantiene constante, el calor medido representa el cambio de entalpía.
El calor es una forma de energía, y sus unidades de medida son el Joule (J) y la caloría (cal) (1 cal = 4,186 J) que fue definida en su momento para el calor cuando no se había establecido que era una forma de energía. 
Caloría : Es la cantidad de calor que debe extraerse o transferirse a un gramo de agua para cambiar su temperatura en 1º C (cambiar  su temperatura significa aumentarla en 1º C o disminuirla en lº C). Se abrevia “cal”. 
LA CANTIDAD DE CALOR
Caloría: (cal) Es la cantidad de calor necesaria para elevar la temperatura de un gramo de agua en un grado Celsius.
Kilogramo: (Kcal) Cantidad de calor necesaria para elevar la temperatura de un kilogramo de agua a un grado Celsius (1 Kcal=1000 cal).
Unidad Térmica Británica:(Btu) Es la cantidad de calor necesaria para elevar la temperatura de una libra patrón (Ib) de agua Fahrenheit.
Los resultados aceptados son:
1 Cal = 4.186 J
1 Kcal¨= 4186 J
1 Btu = 778 ft-Ibq = Δ H = H f i n a l − H i n i c i a l {\displaystyle q=\Delta H=H_{\mathrm {final} }-H_{\mathrm {inicial} }\,} 
Dilatación lineal
Es el incremento de la longitud (Primera Dimensión) de un cuerpo en forma de barra por su aumento interno de temperatura. Se llama Coeficiente de Dilatación Lineal (K) al incremento de longitud que experimenta la unidad de longitud al aumentar su temperatura en 1°C.
Nota: La unidad de medida de K es 1/°C, o también °C-1.
Su fórmula es: 
LF: Longitud final LO: Longitud Inicial TF: Temperatura final
TO: Temperatura inicial
DILATACIÓN SUPERFICIAL
Es el incremento del área (Segunda Dimensión) de un cuerpo en forma plana por su aumento interno de temperatura. Se llama Coeficiente de Dilatación Superficial (KS) al incremento del área que experimenta la unidad de superficie al aumentar su temperatura en 1°C.
El coeficiente de dilatación superficial KS es igual al doble del coeficiente de dilatación lineal del mismo material, o sea: KS = 2*K
Su fórmula es:
AF: Área final
AO: Área Inicial
TF: Temperatura final
TO: Temperatura inicial
DILATACIÓN CÚBICA
Es el incremento del volumen (Tercera Dimensión) de un cuerpo en forma de un sólido geométrico por su aumento interno de temperatura. Se llama Coeficiente de Dilatación Cúbico (KC) al incremento del volumen que experimenta la unidad de volumen al aumentar su temperatura en 1°C. 
El coeficiente de dilatación cúbico KC es igual al triple del coeficiente de dilatación lineal del mismo material, o sea: KC = 3 * K
Su fórmula es:
 
VF: Volúmen final VO: Volúmen Inicial
TF: Temperatura final TO: Temperatura inicial
VARIACIÓN DE LA DENSIDADAunque cambie el volumen de un cuerpo por una dilatación cúbica, su masa permanece constante, variando sólo su densidad. Este cambio se determina por la fórmula:
dF: Densidad final
dO: Densidad Inicial
K: Coeficiente de dilatación de la sustancia
TF: Temperatura final
TO: Temperatura inicial
El efecto de la dilatación en los líquidos es más evidente que en los sólidos: al encontrarse sus moléculas con más libertad para moverse, el volumen que ocupa cada una aumenta más facilmente con la temperatura, por lo que también lo hace el volumen del líquido en su conjunto. Su expresión es similar a la dilatación volumétrica de los sólidos. La dilatación de los líquidos sigue la expresión: V=V0⋅(1+α⋅ΔT)
Donde: V, V0 : Volumen final e inicial respectivamente del líquido.Su unidad de medida en el Sistema Internacional es el metro al cubo ( m3 )α: Coeficiente de dilatación del líquido. Es específico de cada líquido y representa el aumento de volumen de un líquido de volumen la unidad, cuando su temperatura se eleva 1 K. Su unidad de medida en el Sistema Internacional es el K-1, aunque también se usa el ºC-1∆T: Incremento de temperatura que experimenta el líquido. Su unidad de medida en el Sistema Internacional es el kelvin ( K ), aunque también se usa el ºC
Dilatación de gases
es el más evidente de todos. Los gases varian de forma clara su volumen tanto con la temperatura como con la presión debido a que las fuerzas de cohesión entre las partículas son más debiles que en los casos anteriores. Su expresión es similar a la dilatación volumétrica de los sólidos.
La dilatación de los gases a presión constante sigue la expresión: V=V0⋅(1+αp⋅ΔT)
 Donde: V, V0 : Volumen final e inicial respectivamente del líquido. Su unidad de medida en el Sistema Internacional es el metro al cubo ( m3 ) αp: Coeficiente de dilatación a presión constante. Para una presión determinada existe un valor de αp , único igual para todos los gases. Su unidad de medida en el Sistema Internacional es el K-1, aunque también se usa el ºC-1 ∆T: Incremento de temperatura que experimenta el líquido. Su unidad de medida en el Sistema Internacional es el kelvin ( K ), aunque también se usa el ºFinalmente, si conoces el volumen inicial del gas a 0 ºC, V0 , el coeficiente de dilatación de cualquier gas viene dado por:  αp=1273.15 ºC−1