La relación entre las diferentes escalas de temperatura

Introducción

Hasta hace algunas décadas el análisis de los fenómenos físicos se realizaba a la luz de a mecánica clásica, mediante las concepciones newtonianas del macrocosmos. Luego a mediados de los setenta el estudio atómico entra en auge con las investigaciones y descubrimiento de científicos de la talla de Rutherford, Bohr y Plank.

Los fenómenos físicos a partir de entonces debieron ser descritos a nivel atómico, lo originó el nacimiento de la termodinámica La relación entre energía y materia concebida por la termodinámica alcanzó fundamentos precisos que ahondaron en las descripciones tratadas por la mecánica newtoniana.

El desarrollo de la termodinámica ha representado diversas oportunidades para el desarrollo y mejoramiento de la calidad de vida de los individuos. Hablamos de ventajas debidas al desarrollo científico además de la optimización en el empleo de recursos.

Uno de los procedimientos más significativos provistos por la termodinámica en la actualidad de la industria se refiere al suministro inteligente de energía térmica, a sistemas de diversa índole. Dicho procedimiento es la base para la optimización de la actividad financiera, destinando por ejemplo cantidades concretas de energía al funcionamiento de dichos sistemas.

También debe destacarse el surgimiento en los últimos años de los materiales inteligentes, que sufriendo un incremento determinado de temperatura respecto a otra de referencia, pueden alterar su constitución adoptando características de especial valor en la industria y otros sectores (dureza, maniobrabilidad, flexibilidad).

La investigación de sistemas termodinámicos también se ve favorecida, ya que mediante este método es posible cuantificar la energía calorífica aplicada a un sistema, estableciendo las formas en que ésta puede ocasionar un incremento o decremento en la energía interna de tales sistemas.

Actualmente la medida de la energía que se suministra a un sistema se realiza mediante el uso de complejos circuitos y precisos sensores que realizan excelentes aproximaciones de los valores teóricos correspondientes.

En el presente proyecto se presenta un modelo simplificado de dispositivo capaz de suministrar cantidades determinadas de energía térmica a un volumen específico de fluido, en procura de realizar un modelo que ejemplifique la importancia del procedimiento ya mencionado, que en asocio con otras herramientas de la ciencia provee a los individuos de los medios para hacer más confortable su existencia.

Objetivos

•Suministrar a un determinado volumen de agua una cantidad cuantificada de energía térmica, mediante el uso de un circuito electrónico capaz de transformar señales análogas en digitales.

ESPECÍFICOS

•Comprender la relación existente entre las diferentes escalas de temperatura.

•Determinar como el circuito en cuestión digitaliza la señal análoga proveniente del sensor de temperatura.

•Comprender el funcionamiento del puerto paralelo para así poder analizar de una manera eficiente gran cantidad de variables físicas, como lo es la temperatura.

•Entender claramente los conceptos de calor y temperatura.

•Establecer un modelo matemático que permita relacionar la energía calorífica con la variación de la temperatura.

Calor

El Universo está hecho de materia y energía. La materia está compuesta de átomos y moléculas, y la energía hace que los átomos y las moléculas estén en constante movimiento, vibrando o chocándose unas con otras. El movimiento de los átomos y moléculas crea una forma de energía llamada calor o energía térmica, que está presente en todo tipo de materia. Incluso en los vacíos más fríos del espacio hay materia que posee calor.

La energía puede presentarse de muy diferentes formas y pude cambiar de una a otra. Muchos tipos de energía pueden convertirse en calor. La energía electromagnética, la electrostática, la mecánica, la química, la nuclear, el sonido y la térmica, pueden calentar una sustancia haciendo que se incremente la velocidad de sus moléculas. Si ponemos energía en un sistema éste se calienta, si quitamos energía se enfría.

Temperatura

Los átomos y moléculas en una sustancia no siempre se mueven a la misma velocidad. Esto significa que hay un rango de energía en las moléculas. En un gas, por ejemplo, las moléculas se mueven en direcciones aleatorias y a diferentes velocidades - algunas se mueven rápido y otras más lentamente.

La temperatura es una medida del calor o energía térmica de las partículas en una sustancia. Como lo que medimos en su movimiento medio, la temperatura no depende del número de partículas en un objeto y por lo tanto no depende de su tamaño. Por ejemplo, la temperatura de una pequeña cantidad de agua hirviendo es la misma que la temperatura de una olla de agua hirviendo, a pesar de que la olla sea mucho más grande y tenga millones y millones de moléculas de agua más que dicha cantidad de agua.

Cuando calentamos un objeto su temperatura aumenta. A menudo se piensa que calor y temperatura son lo mismo. Sin embargo este no es el caso. El calor y la temperatura están relacionadas entre si, pero son conceptos diferentes.

El calor es la energía total del movimiento molecular en una sustancia, mientras temperatura es una medida de la energía molecular media. El calor depende de la velocidad de las partículas, su número, su tamaño y su tipo. La temperatura no depende del tamaño, del número o del tipo. Por ejemplo, la temperatura de un vaso pequeño de agua puede ser la misma que la temperatura de un cubo de agua, pero el cubo tiene más calor porque tiene más agua y por lo tanto más energía térmica total.

Escalas de temperatura

Escala Celsius

Esta escala fue establecida por el astrónomo sueco Andrés Celsius (1701-1744). Su punto fijo inferior es la temperatura normal de fusión del hielo. Se obtiene colocando el termómetro en hielo machacado y en fusión. El nivel estable que alcanza el mercurio en esas condiciones se marca con el número cero. Su punto fijo superior es la temperatura normal de ebullición del agua. Se obtiene exponiendo el termómetro a los vapores de agua hirviendo. El nivel estable alcanzado por el mercurio en su dilatación se marca con el número cien.

Marcados los puntos fijos, se divide el intervalo entre 0º y 100º en 100 partes iguales y a cada una se le da el valor de un grado Celsius o centígrado ( 1 ºC ). La graduación continúa de igual forma más allá de los puntos fijos.

Escala Fahrenheit

Fue establecida por el físico alemán

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