Escalas de Temperatura: Celsius vs. Kelvin

El estudio y la comprensión de la temperatura son fundamentales en diversas áreas del conocimiento, desde la física y la química hasta la meteorología y la ingeniería. Para medir la temperatura, se emplean diferentes escalas, dos de las más comunes son la escala Celsius y la escala Kelvin.

La escala Celsius, también conocida como centígrada, es una de las escalas de temperatura más utilizadas en el mundo. Esta escala se basa en dos puntos de referencia: el punto de congelación del agua, que se define como 0 grados Celsius (°C), y el punto de ebullición del agua, que se define como 100 grados Celsius. La escala Celsius divide el intervalo entre estos dos puntos en 100 partes iguales, lo que la convierte en una escala de temperatura relativa que facilita la comparación de temperaturas.

Por otro lado, la escala Kelvin es una escala de temperatura absoluta que se utiliza principalmente en la ciencia y la ingeniería, especialmente en contextos donde se requiere una precisión extrema. La escala Kelvin se basa en el cero absoluto, que es teóricamente la temperatura más baja posible, donde las partículas tienen una energía cinética mínima. En la escala Kelvin, el cero absoluto se define como 0 Kelvin (0 K). A diferencia de la escala Celsius, la escala Kelvin no utiliza grados, sino simplemente kelvins (K) como unidades de medida.

Una de las características importantes de la escala Kelvin es que no tiene valores negativos, ya que está basada en el cero absoluto. Por lo tanto, el punto de congelación del agua en la escala Kelvin es de aproximadamente 273.15 kelvins, y el punto de ebullición del agua es de aproximadamente 373.15 kelvins. Esta relación entre la escala Celsius y la escala Kelvin es constante, ya que la diferencia entre un grado Celsius y un kelvin es igual.

Para convertir una temperatura de la escala Celsius a la escala Kelvin, simplemente se suma 273.15 kelvins al valor en grados Celsius. Por ejemplo, para convertir 25 grados Celsius a kelvins, se realiza la siguiente operación:

25 °C + 273.15 = 298.15 K

De manera similar, para convertir una temperatura de la escala Kelvin a la escala Celsius, se resta 273.15 kelvins al valor en kelvins. Por ejemplo, para convertir 400 kelvins a grados Celsius, se realiza la siguiente operación:

400 K – 273.15 = 126.85 °C

Es importante tener en cuenta que la escala Kelvin es absoluta, lo que significa que no tiene valores negativos y se utiliza principalmente en situaciones donde se requiere una precisión extrema, como en la física de partículas, la termodinámica y la ciencia de materiales. Por otro lado, la escala Celsius es más común en el uso cotidiano y en aplicaciones donde se necesitan mediciones relativas de temperatura, como en el clima y la cocina.

Claro, profundicemos en los detalles sobre la escala Celsius y la escala Kelvin, así como en su historia, aplicaciones y relaciones entre sí.

Escala Celsius:

La escala Celsius, nombrada en honor al astrónomo y físico sueco Anders Celsius, es ampliamente utilizada en todo el mundo para medir la temperatura en situaciones cotidianas, como el clima, la cocina, la medicina y la industria. La elección de los puntos de referencia para esta escala, el punto de congelación y el punto de ebullición del agua, se basa en la amplia disponibilidad y la importancia del agua en la vida cotidiana.

• Punto de congelación del agua (0°C): Este punto se define como la temperatura a la cual el agua pasa del estado líquido al estado sólido (hielo) a una presión atmosférica normal.

• Punto de ebullición del agua (100°C): Este punto se define como la temperatura a la cual el agua pasa del estado líquido al estado gaseoso (vapor) a una presión atmosférica normal.

La escala Celsius divide el intervalo entre estos dos puntos en 100 partes iguales, lo que la hace una escala de temperatura relativa que facilita la comparación de temperaturas. La fórmula para convertir grados Celsius a grados Fahrenheit es:

$T_F = T_C \times \left( \frac{9}{5} \right) + 32$

Donde:

• $T_F$ es la temperatura en grados Fahrenheit,
• $T_C$ es la temperatura en grados Celsius.

Escala Kelvin:

La escala Kelvin, nombrada en honor al físico y matemático británico William Thomson, primer barón Kelvin, es una escala de temperatura absoluta que se utiliza principalmente en campos científicos y técnicos donde se requiere una precisión extrema. Esta escala se basa en el cero absoluto, la temperatura más baja teóricamente posible, donde las partículas tienen una energía cinética mínima.

• Cero absoluto (0 K): En la escala Kelvin, el cero absoluto se define como 0 kelvins, que corresponde a aproximadamente -273.15°C. En este punto, las partículas no tienen energía cinética, y cualquier temperatura medida en kelvins es una medida de energía térmica en relación con este estado.

Una de las características únicas de la escala Kelvin es que no tiene valores negativos, ya que está anclada en el cero absoluto. Por lo tanto, todas las temperaturas en kelvins son valores positivos. La escala Kelvin es crucial en campos como la física, la química y la ingeniería, donde se realizan cálculos precisos que requieren una referencia absoluta.

Relación entre la escala Celsius y la escala Kelvin:

La relación entre la escala Celsius y la escala Kelvin es simple y constante. Un cambio de un grado Celsius es equivalente a un cambio de un kelvin. Sin embargo, la escala Kelvin no utiliza el término «grado», sino simplemente «kelvins». La conversión entre estas dos escalas se realiza mediante las siguientes fórmulas:

• De Celsius a Kelvin:

$T_K = T_C + 273.15$

Donde:

• $T_K$ es la temperatura en kelvins,

• $T_C$ es la temperatura en grados Celsius.

• De Kelvin a Celsius:

$T_C = T_K – 273.15$

Donde:

• $T_K$ es la temperatura en kelvins,
• $T_C$ es la temperatura en grados Celsius.

Estas fórmulas permiten una conversión directa y simple entre las dos escalas. Por ejemplo, para convertir 25°C a kelvins, se suma 273.15, resultando en aproximadamente 298.15 K. De manera similar, para convertir 400 K a grados Celsius, se resta 273.15, obteniendo aproximadamente 126.85°C.

Aplicaciones y uso:

• Escala Celsius: Esta escala se utiliza ampliamente en la vida cotidiana para medir la temperatura del ambiente, la temperatura del cuerpo humano, la temperatura de los alimentos durante la cocción, entre otros. También se emplea en aplicaciones industriales y meteorológicas.

• Escala Kelvin: La escala Kelvin se utiliza principalmente en aplicaciones científicas y técnicas donde se requiere una precisión extrema, como en la física, la química, la ingeniería y la investigación espacial. También es fundamental en el estudio de fenómenos extremos y en el diseño de sistemas de refrigeración criogénica.

En resumen, la escala Celsius y la escala Kelvin son dos de las escalas de temperatura más importantes y ampliamente utilizadas en el mundo. Mientras que la escala Celsius es relativa y se utiliza comúnmente en la vida cotidiana, la escala Kelvin es absoluta y se emplea en campos científicos y técnicos donde se requiere una precisión extrema. La relación entre estas dos escalas es constante, lo que permite una conversión directa y simple entre ellas.