¿Qué es la temperatura absoluta?

La temperatura absoluta es la temperatura medida en términos de una escala absoluta, como lo son la escala Kelvin y la escala Rankine. Esto quiere decir que es una escala que parte de cero (no admite valores negativos), en cuyo valor se entiende que hay ausencia de temperatura. En otras palabras, se entiende por temperatura absoluta a la temperatura que se comienza a medir a partir del cero absoluto, que es la menor temperatura que se puede alcanzar de acuerdo a las leyes de la física.

¿Qué es la temperatura?

La temperatura se puede definir de diferentes maneras. Por un lado, es una propiedad de la materia que permite determinar cuándo dos cuerpos se encuentran en equilibrio térmico entre sí. Al definirse de esta manera, cabe la posibilidad de establecer una escala relativa de temperatura, ya que lo que importa es cuál es la temperatura de un cuerpo o sistema con relación al otro. Esta es la idea que permitió desarrollar las escalas comunes de temperatura, a saber, la escala Celsius o Centígrada y la escala Fahrenheit.

Por otro lado, la temperatura también es una medida de la agitación térmica de las partículas que componen a un sistema. De hecho, según el modelo cinético-molecular de los gases, la temperatura es una medida directa de la energía cinética traslacional media de los átomos y moléculas que conforman a un gas.

Establecimiento de la escala de temperatura absoluta

La temperatura absoluta se determinó por primera vez estudiando el comportamiento de los gases. Por ejemplo, la Lay de Charles y Gay Lussac plantea que hay una relación de proporcionalidad directa entre la temperatura y el volumen de un gas ideal, como expresa la siguiente ecuación:

donde K es una constante de proporcionalidad. Esta ecuación tiene la forma de una función lineal creciente con pendiente K. Se observa experimentalmente que la pendiente aumenta con el número de moles del gas, y disminuye con la presión, como se esquematiza en la siguiente imagen.

Al extrapolar hacia atrás estas gráficas de la temperatura relativa (en Celsius o en Fahrenheit) versus el volumen para distintas presiones iniciales y para cantidades iniciales distintas del gas, se puede observar que todas las rectas cortan al eje de la temperatura en el mismo punto, independientemente del valor de la pendiente. Este punto representa el cero absoluto, es decir, el punto de inicio de la temperatura absoluta y corresponde a un valor de -273,15 °C o -459,67 ° F.

De manera más general, la temperatura se puede asociar a la ecuación de estado de los gases ideales, es decir:

donde T es la temperatura absoluta, P, V y n son la presión, el volumen y el número de moles, y R es la constante de los gases ideales. Esta ley nos permite medir la temperatura absoluta de distintas maneras por medio del uso de un termómetro de gas.

Escalas de temperatura absoluta

Independientemente de las unidades en la que se exprese la temperatura absoluta, todas las escalas comienzan en el mismo punto, es decir, en el cero absoluto. Esta temperatura no se expresa en ninguna unidad ya que las unidades resultan es irrelevantes al expresar la ausencia de una propiedad física. Es decir, la temperatura en el cero absoluto es 0 (no 0K o 0°R). Esto es así para cualquier magnitud física absoluta, por ejemplo, sería lo mismo decir que el volumen de un líquido es cero a decir que es cero litros, o cero metros cúbicos o cero millas cúbicas, por lo que se prefiere cero.

Para todas las demás temperaturas, se hace necesario expresarlas en unidades adecuadas. Existen dos escalas de temperatura absoluta de uso común:

• La escala Kelvin.
• La escala Rankine.

La escala Kelvin de temperatura

Esta escala se la debemos a Lord Kelvin, anteriormente conocido como William Thomson, quien, en 1848 diseño un termómetro capaz de medir la temperatura absoluta sin importar el gas del que estuviera fabricado. Esta escala (denominada escala termodinámica de temperatura, pero luego rebautizada para honrar a Lord Kelvin), resultó ser idéntica a la escala desarrollada por extrapolación de las curvas P-T o V-T.

La característica principal de esta escala es que el tamaño de la unidad (el kelvin o K) es exactamente igual al de la escala Celsius. De hecho, la escala de temperatura Kelvin no es más que la escala Celsius trasladada 273,15 unidades hacia la derecha. La relación entre la escala Kelvin y la escala centígrada es, por lo tanto:

La escala kelvin es por mucho la escala de temperatura absoluta más utilizada en la ciencia e ingeniería.

Escala Rankine de temperatura

Esta es la escala absoluta de temperatura que posee un tamaño de grado igual al grado Fahrenheit. El cero de esta escala es equivalente a -459,67 °F, por lo que representa a la misma escala Fahrenheit trasladada 459,67 unidades a la derecha. Es decir, que la escala Rankine se relaciona con la escala Fahrenheit por medio de la siguiente ecuación:

Relación entre la escala Kelvin y la escala Rankine

Como tanto la escala Rankine como la escala Kelvin son escalas absolutas de temperatura, ambas comienzan en el mismo punto, por lo que la única diferencia entre ambas es el tamaño del grado. La relación entre ambas escalas es entonces la misma relación entre la magnitud de un grado Celsius y uno Fahrenheit. Como 1 °C equivale a 9/5 o 1,8 °F, entonces la relación entre °R y K es:

Referencias

Atkins, P., & de Paula, J. (2010). Química física (8th ed.). Editorial Médica Panamericana.

Chang, R., & Goldsby, K. (2013). Química (11th ed.). McGraw-Hill Interamericana de España S.L.

Connor, N. (2020, January 16). ¿Qué es la escala Kelvin? Temperatura absoluta: definición. Thermal Engineering. https://www.thermal-engineering.org/es/que-es-la-escala-kelvin-temperatura-absoluta-definicion/

Odaris. (n.d.). Definición de Temperatura absoluta. deQuimica.Com. https://dequimica.com/glosario/504/Temperatura-absoluta

Spiegato. (2021, July 14). ¿Qué es la temperatura absoluta? https://spiegato.com/es/que-es-la-temperatura-absoluta

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Teoría cinética de los gases. (n.d.). Sc.Ehu.Es. http://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/estadistica/gasIdeal/gasIdeal.html