Portal Educativo: La Temperatura, sus Escalas y Conversiones

Un espacio interactivo para comprender y practicar sobre temperatura y conversiones.

¿Qué es la Temperatura?

Definición

La temperatura es una propiedad intensiva de un sistema que está relacionada con el equilibrio térmico entre objetos en contacto. Determina la dirección del flujo de energía térmica.

Equilibrio Térmico

Dos objetos se encuentran en equilibrio térmico si y solo si tienen la misma temperatura. En este estado, no hay transferencia neta de energía térmica entre ellos.

Ejemplo: ☕ Una taza de café caliente se enfría gradualmente hasta llegar a la temperatura ambiente. Cuando ambos tienen la misma temperatura, ya no hay transferencia de calor.

Calor vs Temperatura

El calor es la transferencia de energía térmica debido a una diferencia de temperatura. La temperatura es la propiedad que determina la dirección de esta transferencia.

Ejemplo: 🧊 Un cubo de hielo y un vaso de agua pueden estar a 0°C (misma temperatura), pero el vaso de agua tiene mayor energía térmica porque contiene más moléculas.

🧊➡️💧 Visualización: Proceso de Derretimiento

Hielo
0°C
Baja energía térmica
Calor añadido
Energía transferida
Proceso de fusión
Agua
0°C
Mayor energía térmica
La temperatura permanece igual (0°C), pero la energía térmica aumenta durante el cambio de estado

Tipos de Termómetros

Mercurio (Hg)

Utiliza la dilatación del mercurio líquido

Ventajas: Muy preciso, amplio rango
Desventajas: Tóxico, no apto para uso doméstico

Alcohol

Basado en la expansión del alcohol teñido

Ventajas: No tóxico, ideal para bajas temperaturas
Desventajas: Menos preciso que el mercurio

Electrónico (Digital)

Mide resistencia eléctrica o voltaje

Ventajas: Muy preciso, lectura rápida, seguro
Desventajas: Requiere batería, más costoso

⚠️ Puntos Importantes para Recordar

✓
La temperatura y la energía térmica son conceptos diferentes

La temperatura mide la intensidad del calor, mientras que la energía térmica depende también de la cantidad de materia.

✓
El equilibrio térmico ocurre cuando no hay transferencia neta de energía

Dos objetos en equilibrio térmico tienen la misma temperatura, independientemente de su tamaño o masa.

✓
Kelvin es la única escala que no usa el símbolo de grado (°)

Se escribe simplemente "K" sin el símbolo de grado, por ejemplo: 273.15 K (no 273.15 °K).

✓
5°C de intervalo = 9°F de intervalo = 5 K de intervalo

Para variaciones de temperatura, la relación es 5:9:5 entre Celsius, Fahrenheit y Kelvin respectivamente.

Escalas de Temperatura

❄️💧 Celsius (°C)

Creada por: Anders Celsius (1701-1744)

Puntos de referencia:

  • 0°C: Punto de congelación del agua
  • 100°C: Punto de ebullición del agua

Es la escala más utilizada internacionalmente y forma parte del Sistema Internacional de Unidades.

Dato curioso: Inicialmente Celsius definió su escala al revés (0 = ebullición, 100 = congelación), pero luego se invirtió para mayor practicidad.

🇺🇸 Fahrenheit (°F)

Creada por: Gabriel Fahrenheit (1724)

Puntos de referencia:

  • 32°F: Punto de congelación del agua
  • 212°F: Punto de ebullición del agua

Una diferencia de 1.8°F equivale a 1°C. Muy utilizada en Estados Unidos.

Dato curioso: Su punto cero se basó en una mezcla de hielo y sal, que era la temperatura más baja que se podía obtener artificialmente en esa época.

⚛️ Kelvin (K)

Formulada por: Lord Kelvin (William Thomson)

Características:

  • 0 K: Cero absoluto (-273.15°C)
  • Unidad base del SI
  • No usa el símbolo de grado (°)

Escala absoluta donde el cero representa la mínima energía térmica posible.

Precisión: Lord Kelvin no creó la escala desde cero, sino que la formuló y estandarizó basándose en el concepto de cero absoluto y la escala Celsius.

Comparación Visual de Escalas

Intervalos de temperatura entre congelación y ebullición del agua:
• 0°C a 100°C = 100 grados Celsius
• 32°F a 212°F = 180 grados Fahrenheit
Congelación
0°C | 32°F
100°C
180°F
Ebullición
100°C | 212°F
➡️ Relación de intervalos: 5°C = 9°F ⬅️
"El agua congela a 0°C (32°F) y hierve a 100°C (212°F).
Los intervalos mantienen la relación constante 5°C = 9°F"

🔄 Conversor de Temperatura

Calculadora Interactiva

Ingrese un valor numérico para temperatura en grados Celsius
Ingrese un valor numérico para temperatura en grados Fahrenheit
Ingrese un valor numérico para temperatura en Kelvin

📊 Resultados de Conversión

💡 Ingrese una temperatura en cualquier campo para ver las conversiones automáticas

🔍 Fórmulas de Conversión

°C a °F:
°F = (9/5)°C + 32
°F a °C:
°C = (5/9)(°F - 32)
°C a K:
K = °C + 273.15
K a °C:
°C = K - 273.15

💡 Ejemplo Práctico de Conversión

Problema: Convertir la temperatura corporal normal (37°C) a las otras escalas

Celsius
37°C
Temperatura dada
Fahrenheit
98.6°F
37 × 9/5 + 32
Kelvin
310.15 K
37 + 273.15

📝 Temperaturas

🏠 Temperaturas en la Vida Diaria

🌡️ Temperatura Corporal

Normal: 37°C
Conversiones:
• Fahrenheit: 98.6°F
• Kelvin: 310.15 K
Dato interesante: La temperatura corporal puede variar entre 36.1°C y 37.2°C durante el día.

🏡 Temperatura del Hogar

Confort: 22°C
Conversiones:
• Fahrenheit: 71.6°F
• Kelvin: 295.15 K
Consejo: El rango de confort térmico está entre 20°C y 24°C.

☕ Bebidas Calientes

Café: 60-70°C
A 65°C:
• Fahrenheit: 149°F
• Kelvin: 338.15 K
Precaución: Temperaturas sobre 60°C pueden causar quemaduras.

🔬 Temperaturas en la Naturaleza y Ciencia

🔥 Temperaturas Extremas Calientes

  • Sol (superficie): 5,500°C | 9,932°F
  • Lava volcánica: 1,000-1,200°C | 1,832-2,192°F
  • Horno industrial: 800-1,500°C | 1,472-2,732°F
  • Llama de vela: 1,000°C | 1,832°F

🌍 Temperaturas Terrestres

  • Desierto más caliente: 54°C | 129°F
  • Temperatura promedio global: 15°C | 59°F
  • Océano superficie: 17°C | 63°F
  • Núcleo terrestre: 5,200°C | 9,392°F

❄️ Temperaturas Extremas Frías

  • Antártida (récord): -89°C | -128°F
  • Nitrógeno líquido: -196°C | -321°F
  • Cero absoluto: -273.15°C | -459.67°F | 0 K
  • Espacio exterior: -270°C | -454°F

🔧 Aplicaciones Prácticas

👨‍⚕️ Medicina

  • Fiebre: > 38°C (100.4°F)
  • Hipotermia: < 35°C (95°F)
  • Conservación de vacunas: 2-8°C
  • Esterilización: 121°C (250°F)

🍳 Cocina

  • Punto de ebullición: 100°C (212°F)
  • Fritura: 160-180°C (320-356°F)
  • Horneado: 180-220°C (356-428°F)
  • Congelación: -18°C (0°F)

🏭 Industria

  • Fundición de hierro: 1,538°C
  • Soldadura: 3,000-4,000°C
  • Motores automóviles: 90-100°C
  • Criogenia: < -150°C

📝 Ejemplos Prácticos de Temperatura

🧮 Ejercicios Resueltos Paso a Paso

Ejercicio 1: Conversión de Temperaturas

Problema: Un termómetro marca 86°F. ¿Cuál es esta temperatura en Celsius y Kelvin?

Solución:

Paso 1: Fahrenheit a Celsius

°C = (5/9)(°F - 32)
°C = (5/9)(86 - 32)
°C = (5/9)(54)
°C = 30°C

Paso 2: Celsius a Kelvin

K = °C + 273.15
K = 30 + 273.15
K = 303.15 K
Respuesta: 86°F = 30°C = 303.15 K

Ejercicio 2: Variación de Temperatura

Problema: Una pieza de metal se enfría de 350°C a 150°C. ¿Cuál es la variación de temperatura en grados Fahrenheit?

Solución:

Paso 1: Calcular la variación en Celsius

ΔT = T_final - T_inicial
ΔT = 150°C - 350°C
ΔT = -200°C (disminución)

Paso 2: Convertir variación a Fahrenheit

ΔT(°F) = ΔT(°C) × 9/5
ΔT(°F) = -200 × 1.8
ΔT(°F) = -360°F (disminución)
Respuesta: La temperatura disminuyó 360°F (El signo negativo indica una disminución de temperatura)

Ejercicio 3: Comparación de Escalas

Problema: ¿A qué temperatura son iguales las escalas Celsius y Fahrenheit?

Solución:

Planteamiento: Cuando °C = °F

°F = (9/5)°C + 32
Como °C = °F, entonces:
x = (9/5)x + 32
x - (9/5)x = 32
x(1 - 9/5) = 32
x(-4/5) = 32
x = 32 × (-5/4)
x = -40
Respuesta: -40°C = -40°F (Este valor es único, pues -40 es la temperatura en la que ambas escalas coinciden)
Verificación: °F = (9/5)(-40) + 32 = -72 + 32 = -40°F ✓

🧮 Resolver Problemas de Variación de Temperatura

Calculadora de Variación de Temperatura

Ingrese la temperatura inicial del problema
Ingrese la temperatura final del problema
Seleccione la escala de temperatura original
Seleccione la escala a la que convertir el resultado
Haga clic para calcular la variación de temperatura con los datos ingresados

📝 Ejemplo de Problema Resuelto

Problema:

Un riel de acero se enfría de 80°C a 25°C en 1.5 h. ¿Cuál es la variación de temperatura en grados Fahrenheit en ese mismo lapso?

Solución paso a paso:

  1. Datos: T₁ = 80°C, T₂ = 25°C
  2. Variación en °C: ΔT = T₂ - T₁ = 25°C - 80°C = -55°C
  3. Conversión a °F: ΔT(°F) = ΔT(°C) × 9/5 = -55 × 1.8 = -99°F
  4. Resultado: La variación de temperatura es de -99°F (disminución)
💡 Nota importante: Para conversiones de variación de temperatura, solo multiplicamos por el factor de conversión (9/5), sin añadir la constante (+32), ya que estamos trabajando con diferencias, no temperaturas absolutas.

🌡️ Otras Escalas de Temperatura

Además de las escalas principales (Celsius, Fahrenheit y Kelvin), existen otras escalas de temperatura desarrolladas para propósitos específicos o por diferentes científicos a lo largo de la historia.

🔥 Rankine (°R)

Creada por: William John Macquorn Rankine (1859)

Características:

  • Escala absoluta basada en Fahrenheit
  • 0°R = Cero absoluto (-459.67°F)
  • Incrementos iguales a los de Fahrenheit
  • Usada en ingeniería termodinámica en EE.UU.
Conversiones:
°R = °F + 459.67
°R = (9/5)K
Ejemplo: Agua congela a 491.67°R y hierve a 671.67°R

🌿 Réaumur (°Ré)

Creada por: René-Antoine Ferchault de Réaumur (1730)

Características:

  • 0°Ré: Punto de congelación del agua
  • 80°Ré: Punto de ebullición del agua
  • Dividida en 80 grados
  • Usada históricamente en Europa
Conversiones:
°C = (5/4)°Ré
°Ré = (4/5)°C
Uso histórico: Muy popular en Europa durante los siglos XVIII y XIX

❄️ Delisle (°De)

Creada por: Joseph-Nicolas Delisle (1732)

Características:

  • Escala invertida (valores decrece con el aumento de temperatura)
  • 0°De: Punto de ebullición del agua
  • 150°De: Punto de congelación del agua
  • Usada en Rusia durante el siglo XVIII
Conversiones:
°De = (100 - °C) × 3/2
°C = 100 - (2/3)°De
Curiosidad: Es la única escala donde los valores disminuyen al aumentar la temperatura

🔬 Newton (°N)

Creada por: Isaac Newton (1701)

Características:

  • Una de las primeras escalas de temperatura
  • 0°N: Punto de congelación del agua
  • 33°N: Punto de ebullición del agua
  • Base en la dilatación del aceite de linaza
Conversiones:
°N = (33/100)°C
°C = (100/33)°N
Importancia histórica: Precursora de las escalas modernas de temperatura

🌟 Rømer (°Rø)

Creada por: Ole Christensen Rømer (1701)

Características:

  • 7.5°Rø: Punto de congelación del agua
  • 60°Rø: Punto de ebullición del agua
  • 0°Rø: Temperatura de una mezcla de hielo y sal
  • Influyó en la creación de la escala Fahrenheit
Conversiones:
°Rø = (21/40)°C + 7.5
°C = (40/21)(°Rø - 7.5)
Conexión histórica: Fahrenheit fue asistente de Rømer antes de crear su propia escala

🧪 Leiden (°L)

Origen: Universidad de Leiden, Países Bajos

Características:

  • Usada en criogenia y física de bajas temperaturas
  • 0°L: Punto de ebullición del hidrógeno (-252.87°C)
  • Especialmente útil para temperaturas muy bajas
  • Aplicada en investigación de superconductividad
Conversiones:
°L = °C + 252.87
°C = °L - 252.87
Aplicación moderna: Investigación en física de materiales a temperaturas criogénicas

📊 Tabla Comparativa de Escalas

Escala Punto de Congelación Punto de Ebullición Cero Absoluto Uso Principal
Celsius 0°C 100°C -273.15°C Científico/Internacional
Fahrenheit 32°F 212°F -459.67°F Estados Unidos
Kelvin 273.15 K 373.15 K 0 K Científico Absoluto
Rankine 491.67°R 671.67°R 0°R Ingeniería (EE.UU.)
Réaumur 0°Ré 80°Ré -218.52°Ré Histórico (Europa)
Delisle 150°De 0°De 559.725°De Histórico (Rusia)

📚 Importancia Histórica y Moderna

¿Por qué existían tantas escalas?

Durante los siglos XVIII y XIX, cada científico o región desarrollaba su propia escala de temperatura basada en puntos de referencia localmente disponibles. La falta de comunicación global y estándares internacionales llevó a la proliferación de múltiples sistemas.

Uso en la actualidad

Rankine: Todavía se usa en algunos cálculos de ingeniería termodinámica en Estados Unidos.

Otras escalas: Principalmente de interés histórico y académico.

💡 Lección importante:

La estandarización internacional de las escalas de temperatura (principalmente Celsius, Fahrenheit y Kelvin) ha facilitado enormemente la comunicación científica global y el intercambio de conocimientos.