Termología
La termología (termo = calor, logia = estudio) es la parte de la física que estudia el calor y sus efectos sobre la materia. Ella es el resultado de una acumulación de descubrimientos que el hombre ha hecho desde la antigüedad, atingiendo su clímax en el siglo XIX gracias a científicos como Joule, Carnot, Kelvin y muchos otros.
En este articulo buscaremos introducir los conceptos de temperatura y calor, así como los varios efectos que el calor impone a los cuerpos tales como el cambio de estado y la dilatación. Además, exploraremos la importancia de la termología en la vida cotidiana y cómo se aplica en diferentes campos de la ciencia y la tecnología.
Temperatura y Calor:
Temperatura: Las partículas constituyentes de los cuerpos están en continuo movimiento. Entendemos como temperatura la grandeza que mide el estado de agitación de las partículas de un cuerpo, caracterizando su estado térmico. Es importante entender que la temperatura no es una medida de la cantidad de calor en un cuerpo, sino de cuán caliente o frío está el cuerpo en relación con algún estándar.
Calor: Es una forma de energía en tránsito de un cuerpo de mayor temperatura para otro de menor temperatura. El calor se transfiere de tres maneras: conducción, convección y radiación. La conducción es el proceso de transferencia de calor a través de un sólido, la convección es la transferencia de calor a través de un fluido (líquido o gas) y la radiación es la transferencia de calor a través del vacío o el aire.
Se estableció como unidad de cantidad de calor la caloría (cal).
Se dice caloría (cal) a la cantidad de calor necesaria para aumentar la temperatura de un gramo de agua de 14,5ºC a 15,5ºC, bajo presión normal. Es importante mencionar que el calor es una forma de energía y, por lo tanto, se conserva. Esto significa que el calor no puede ser creado ni destruido, solo puede ser transferido o convertido de una forma a otra.
En el Sistema Internacional de unidades, la unidad de calor es el Joule (J). La relación entre caloría y Joule es: 1 cal = 4,186 J. Podemos utilizar también un múltiplo de caloría llamado kilocaloría.
1Kcal = 1000 cal
Equilibrio térmico: Dos cuerpos, con temperaturas iniciales distintas, puestos en contacto, después de cierto tiempo llegan a la misma temperatura. Ese estado final llamase equilibrio térmico. Este concepto es fundamental en termología y se aplica en muchas situaciones prácticas, como el calentamiento de agua en una tetera o el enfriamiento de una bebida en un refrigerador.
P.S.: Dos cuerpos que están en equilibrio térmico con un tercero, están en equilibrio térmico entre sí.
Termómetros y Escalas Termométricas:
Termómetro es un aparato que permite medir la temperatura de los cuerpos. Los termómetros modernos utilizan diferentes principios para medir la temperatura, como el volumen de un líquido, la resistencia eléctrica y la radiación infrarroja.
Una escala termométrica corresponde a un conjunto de valores numéricos donde cada uno de dichos valores se asocia a una temperatura. Existen varias escalas termométricas, siendo las más comunes la Celsius, la Fahrenheit y la Kelvin. Cada una de estas escalas tiene su propio punto de partida (cero) y su propia unidad de medida.
Para graduar a las escalas se eligió, para puntos fijos, dos fenómenos que se reproducen siempre en las mismas condiciones: la fusión del hielo y la ebullición del agua, ambos bajo presión normal.
1er. Punto Fijo: corresponde a la temperatura de fusión del hielo, llamado punto del hielo.
2do. Punto Fijo:: corresponde a la temperatura de ebullición del agua, llamado punto de vapor.
El intervalo de 0ºC a 100ºC y de 273K a 373K está dividido en 100 partes iguales y cada una de las divisiones corresponde a 1ºC y 1K, respectivamente. En la escala Fahrenheit el intervalo de 32ºF a 212ºF está dividido en 180 partes.
La escala Fahrenheit es generalmente utilizada en los países de habla inglesa. La escala Kelvin es llamada escala absoluta de temperatura. La escala Kelvin es importante en la física porque es la única escala que tiene un cero absoluto, una temperatura en la cual todas las partículas de un cuerpo están en reposo.
Ecuación Termométrica:
Podemos relacionar la temperatura de un cuerpo con la propiedad termométrica por la función de 1er. grado: t = aG + b
Donde: a y b son constantes y a ¹ 0.
G es la grandeza termométrica.
t es la temperatura.
A esa función denominamos ecuación termométrica. Esta ecuación es útil para convertir temperaturas de una escala a otra y para calcular la temperatura de un cuerpo basado en la medición de alguna propiedad termométrica.
Relaciones entre las escalas:
Suponiendo que la grandeza termométrica es la misma, podemos relacionar las temperaturas asignadas por las escalas de la siguiente manera:
Ejemplo: Transformar 35ºC en ºF.
En resumen, la termología es una rama de la física que estudia el calor y sus efectos sobre la materia. Los conceptos de temperatura y calor son fundamentales en esta área de estudio. La termología tiene aplicaciones en muchos campos de la ciencia y la tecnología, desde la meteorología hasta la ingeniería y la medicina.