TERMODINAMICA Y LAS ESCALAS DE TEMEPERATURA

Fuente: Termodinámica técnica, Moran y Shapiro 2ª Ed.

La experiencia muestra que cuando dos cuerpos están en equilibrio térmico con un ter-
cero, están en equilibrio térmico entre sí. Esta afirmación, llamada a menudo principio
cero de la Termodinámica, se acepta tácitamente en cada una de las medidas de la tempe-
ratura.

1.6.3 LA ESCALA DE TEMPERATURA DE GAS Y LA ESCALA KELVIN

 
Las escalas de temperatura se definen mediante valores numéricos asignados a los puntos
fijos estándar. Por acuerdo internacional un punto fijo estándar, fácilmente reproducible, es
el punto triple del agua que corresponde al estado de equilibrio entre vapor, hielo y agua
líquida (Sec. 3.2). Resulta conveniente asignar a la temperatura de este punto fijo el valor
273,16 kelvin, en forma abreviada 273,16 K. Con esta elección el intervalo de temperatura
entre el punto de hielo1 (273,15 K) y ú punto de vapor2 es igual a 100 K y de este modo coin-

cide con el intervalo de la escala Celsius que se comenta en la Sec. 1.6.4, y al que se le asig-
nan 100 grados Celsius. El kelvin es la unidad base SI para la temperatura.

 

 ESCALA KELVIN

A la vista de estas limitaciones es deseable tener un medio para asignar valores de tempe-
raturas que no dependan en ninguna medida de las propiedades de una sustancia particu-
lar o de un tipo de sustancias. Una escala así se denomina escala termodinámica de tempe-
raturas. La escala Kelvin es una escala termodinámica absoluta de temperaturas que
proporciona una definición continua de la temperatura, válida sobre todos los rangos de
ésta. Las medidas empíricas de temperatura, con diferentes termómetros, pueden relacio-
narse con la escala Kelvin. Para desarrollar dicha escala es necesario usar el principio de
conservación de la energía y el segundo principio de la Termodinámica. Por tanto, la expli-
cación detallada se pospone a la Sec. 5.5 después de que se hayan introducido dichos prin-
cipios. Sin embargo, señalaremos aquí que la escala Kelvin tiene un cero en 0 K y las tem-
peraturas inferiores a ésta no están definidas.

Puede demostrarse que la escala de gas y la escala Kelvin son idénticas en el rango de
temperaturas en el que puede utilizarse el termómetro de gas. Por esta razón podemos
escribir K después de una temperatura determinada por medio de la Ec. 1.18. En función
de esto y hasta que el concepto de temperatura sea revisado con más detalle en el Cap. 5,
consideraremos que todas las temperaturas empleadas hasta ese momento están de
acuerdo con los valores dados por el termómetro de gas de volumen constante.

1.6.4 LAS ESCALAS CELSIUS, RANKINE Y FAHRENHEIT

La escala Celsius de temperaturas (también llamada escala centígrada) utiliza la unidad grado Cel-
sius (°C), que tiene la misma magnitud que el kelvin. Así, las diferencias de temperaturas son


1.6 M E D ID A DE LA TEM PERA TU RA

idénticas en ambas escalas. Sin embargo, el punto cero de la escala Celsius coincide con 273,15
K. como se ve en la siguiente relación entre la temperatura Celsius y la temperatura Kelvin:

T (°C) = T (K) - 273,15 (1.19)

 
De aquí se deduce que el punto triple del agua en la escala Celsius es 0,01 °C y que 0 K
corresponde a -273,15°C.
La escala Celsius se define de modo que la temperatura del punto de hielo, 273,15 K, sea
0,00°C, y que la temperatura del punto de vapor, 373,15 K, sea 100,00°C. Según esto, hay

100 grados Celsius en el intervalo de 100 Kelvin, una correspondencia que es consecuen-
cia de la selección del valor 273,16 K para la temperatura del punto triple. Obsérvese que,

puesto que las temperaturas de los puntos de hielo y de vapor son valores experimentales
sometidos a revisión en función de determinaciones más precisas, la única temperatura
Celsius que es fija por definición es la del punto triple del agua.