La noción de frío y caliente responde a una de las percepciones sensoriales más comunes en el cuerpo humano. Esta idea intuitiva se ha plasmado en la teoría física en el concepto de la temperatura, una magnitud que expresa el valor de la transferencia de calor de unos cuerpos a otros y que se mide con termómetros y otros instrumentos.
Temperatura y agitación térmica
La magnitud física que se emplea para medir en términos físicos las sensaciones de caliente y frío se denomina temperatura. En un sentido teórico estricto, se han propuesto diversas interpretaciones para la temperatura.
Desde un punto de vista microscópico, la temperatura se considera una representación de la energía cinética interna media de las moléculas que integran el cuerpo considerado. Esta energía cinética se manifiesta en forma de agitación térmica, que resulta de la colisión entre las moléculas del cuerpo y puede llegar a ser muy energética.
En el plano macroscópico, el incremento de la temperatura produce diversos efectos perceptibles o mensurables, como un aumento del volumen del cuerpo, la disminución de la densidad, el cambio de estado o la modificación del color (por ejemplo, enrojecimiento). La temperatura se mide en grados, cuya definición depende de las escalas térmicas consideradas: Celsius, Fahrenheit, absoluta (Kelvin), Réaumur, etc. En el Sistema Internacional, la unidad de temperatura es el Kelvin (símbolo K).
A escala microscópica, la temperatura es proporcional al grado de agitación interna de las moléculas que integran un cuerpo.
Magnitudes termométricas
Los cambios de temperatura provocan alteraciones en las propiedades físicas de los cuerpos sobre los que actúan. Las cualidades de los cuerpos que se alteran con la temperatura se denominan magnitudes termométricas, algunas de las cuales son:
- El color (por ejemplo, el hierro enrojece al calentarse por encima de cierta temperatura).
- El volumen: la mayoría de los sólidos y los líquidos se dilatan al calentarse; lo mismo sucede con los gases, siempre y cuando lo permita el recipiente que los contiene.
- La resistencia eléctrica de los conductores aumenta, en general, con la temperatura.
El color de un cuerpo es, en ocasiones, una magnitud termométrica, ya que cambia con la temperatura.
Equilibrio térmico
Cuando se ponen en contacto dos cuerpos con temperaturas diferentes, las moléculas que se encuentran en la frontera entre ambos experimentan colisiones hasta que las temperaturas respectivas de los cuerpos se equiparan. Finalmente, se alcanza una situación de equilibrio térmico, que resulta de gran utilidad en los procedimientos de medición de las temperaturas.
Dos sistemas a diferentes temperaturas puestos en contacto terminan por alcanzar una situación de equilibrio térmico.
Termómetros
El instrumento más común de medida de la temperatura es el termómetro. El primero de estos instrumentos fue ideado en 1603 por el científico italiano Galileo Galilei, se basaba en el principio por el cual una columna de agua encerrada en un tubo se dilata al aumentar la temperatura y se contrae cuando ésta disminuye.
En los termómetros modernos se emplean columnas de mercurio, alcohol u otros líquidos. Cuando se trata de medir temperaturas muy elevadas se usan termómetros especiales y unos aparatos llamados pirómetros, que se basan en fenómenos ópticos y termoeléctricos y permiten medir hasta 4.000 ºC, aproximadamente.
Esquema de un pirómetro, un instrumento de medida de temperaturas muy elevadas que convierte en una corriente eléctrica mensurable la luz que procede de un cuerpo incandescente.
Termopares
Otro instrumento de medición de temperaturas es el termopar, un dispositivo constituido por la unión de dos metales diferentes (por ejemplo, cromo y níquel). La variación de temperatura induce una diferencia de potencial eléctrico entre ambas partes del termopar, según un fenómeno conocido como efecto Seebeck, cuyo valor depende de la temperatura del conjunto.
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