la temperatura


Facultad de Ingeniería
Ingeniería Textil
Termodinámica
Ensayo sobre la temperatura, medida de la temperatura y la escala de temperatura del gas ideal
Enrique Montiel Piña
1.- La temperatura
De acuerdo con nuestros sentidos, el del tacto representa el modo más simple de distinguir a los cuerpos fríos de los calientes. Por lo tanto, en base a nuestras experiencias sensoriales, podemosordenar a los cuerpos de acuerdo a su grado de “calor”, formándonos con esto nuestro sentido de temperatura, que a su vez, representa nuestra definición cotidiana de la misma. Sin embargo, precisar este concepto resulta una labor habitualmente difícil. La dificultad radica en la cantidad de conceptos previos necesarios para poder definir la temperatura, además de un profundo entendimiento,macroscópico y microscópico, de la materia y sus propiedades. La “definición” cotidiana de temperatura representa un método con un problema de subjetividad muy fuerte para determinar la temperatura de un objeto, además de un alcance muy limitado, por lo que resulta inútil para su uso científico. Lo que la ciencia requiere es una medida objetiva y numérica de la temperatura, y es lo que se establecerá eneste documento.
Para entender el significado de la temperatura, es menester el apoyo de lo que se conoce como la Ley Cero de la Termodinámica. La idea de temperatura y la mencionada ley se describen a continuación.
Pensemos en la siguiente situación: pongamos en contacto dos objetos idénticos en estructura, A y B. Supongamos que inicialmente el primero se siente más frío al tacto que el segundo,es decir, de acuerdo con nuestra definición cotidiana de temperatura, podemos decir que el objeto A es más frío que el B. Después de un tiempo suficiente1, ambos objetos producen la misma sensación de temperatura. En esta situación diremos que A y B están en “equilibrio térmico” entre sí. Esta idea inicial aparentemente simple, es de fundamental importancia para definir el concepto detemperatura, y da a entender que si dos cuerpos están en estados tales que, si se ponen en contacto, el sistema combinado estaría en equilibrio térmico. En estas condiciones, requerimos de una prueba práctica para determinar el equilibrio térmico, es decir, se requiere de un mecanismo objetivo y cuantitativo que nos determine que en efecto tal situación prevalece. Para esto se requiere de un tercer cuerpo,el cuerpo de prueba, que mida tal equilibrio térmico. Tal cuerpo de prueba debe ser entonces un medidor de temperatura o termómetro. Estas ideas se resumen en un postulado2 conocido como:
Ley Cero de la Termodinámica: Si dos cuerpos A y B están en
equilibrio térmico con un tercer cuerpo C (el termómetro),
entonces los trescuerpos están en equilibrio térmico entre sí.
De lo anterior se desprende la idea que la temperatura de un sistema es una propiedad tal que su valor final es el mismo que el de otros sistemas, cuando todos se ponen en contacto, y está de acuerdo con la definición cotidiana de temperatura, pues de nuestra confianza en nuestras percepciones sensoriales se desprende el hecho que todos los objetos estánigualmente calientes una vez que han estado en contacto durante suficiente tiempo.
Enunciado formal de la Ley Cero de la Termodinámica: Existe una cantidad escalar, llamada temperatura, que es una propiedad de todos los sistemas termodinámicos (en estados de equilibrio) tal que la igualdad de las temperaturas es una condición necesaria y suficiente para que exista el equilibrio térmico3.Fig. 1.- Diagrama esquemático de la Ley Cero de la Termodinámica.

El enunciado anterior implica lo siguiente: de acuerdo con la Fig. 1, si se ponen en contacto S1 y S3 y se dejan hasta llegar al equilibrio, (es decir, hasta que no ocurre cambio macroscópico medible u observable en cualquier propiedad termodinámica), se dice que los sistemas S1, S2 y S3 están en equilibrio térmico...