Temperatura

A temperatura é unha magnitude física que indica a densidade de enerxía interna dun sistema referida ás nocións comúns de quente, morno ou frío que pode ser medida cun termómetro. A temperatura é un parámetro termodinámico do estado dun sistema que caracteriza a calor, ou transferencia de enerxía térmica, entre ese sistema e outros. En física, defínese como unha magnitude escalar relacionada coa enerxía interna dun sistema termodinámico, definida polo principio cero da termodinámica. Máis especificamente, está relacionada directamente coa parte da enerxía interna coñecida como «enerxía cinética», que é a enerxía asociada aos movementos das partículas do sistema, sexa nun sentido traslacional, rotacional, ou en forma de vibracións. A medida de que sexa maior a enerxía cinética dun sistema, obsérvase que este se atopa máis «quente»; é dicir, que a súa temperatura é maior.

No caso dun sólido, os movementos en cuestión resultan ser as vibracións das partículas nos seus sitios dentro do sólido. No caso dun gas ideal monoatómico trátase dos movementos traslacionais das súas partículas (para os gases multiatómicos os movementos rotacional e vibracional deben tomarse en conta tamén).

O desenvolvemento de técnicas para a medición da temperatura pasou por un longo proceso histórico, xa que era necesario darlle un valor numérico a unha idea intuitiva como é o frío ou o quente.

Multitude de propiedades fisicoquímicas dos materiais ou as substancias varían en función da temperatura á que se atopen, por exemplo o seu estado (sólido, líquido, gaseoso, plasma), o seu volume, a solubilidade, a presión de vapor, a súa cor ou a condutividade eléctrica. Así mesmo é un dos factores que inflúen na velocidade á que teñen lugar as reaccións químicas.

A temperatura mídese con termómetros, os cales poden ser calibrados de acordo a unha multitude de escalas que dan lugar a unidades de medición da temperatura. O Sistema Internacional de Unidades (SIU), define unha escala e unha unidade para a temperatura termodinámica baseándose nun segundo punto de referencia facilmente reproducible como é a temperatura do punto triplo da auga.^{[nota 1]} Por razóns históricas, o punto triplo da auga foi fixado en 273,16 unidades^[1] do intervalo de medida, que foi chamado kelvin^[2] (en minúscula)^[2][2][3] en honra do físico escocés William Thomson (Lord Kelvin) que definiu por primeira vez a escala kelvin ou escala absoluta, que asocia o valor «cero kelvin» (0 K) ao «cero absoluto», e gradúase cun tamaño de grao igual ao do grao Celsius. Con todo, fóra do ámbito científico o uso doutras escalas de temperatura é común. A escala máis estendida é a escala Celsius, chamada «centígrada»; e, en moita menor medida, e practicamente só nos Estados Unidos, a escala Fahrenheit. Tamén se usa ás veces a escala Rankine (°R) que establece o seu punto de referencia no mesmo punto da escala kelvin, o cero absoluto, pero cun tamaño de grao igual ao da Fahrenheit, e é usada unicamente en Estados Unidos, e só nalgúns campos da enxeñaría.

A temperatura é unha das principais propiedades estudadas no campo da termodinámica, neste campo son particularmente importantes as diferenzas de temperatura entre diferentes rexións da materia xa que estas diferenzas son a forza motriz do calor,^[4] que é a transferencia da enerxía térmica. Espontaneamente, a calor flúe só das rexións de maior temperatura cara ás rexións de menor temperatura. De modo que se non se transfire calor entre dous obxectos é porque ambos os obxectos teñen a mesma temperatura.

Segundo o enfoque da termodinámica clásica, a temperatura dun obxecto varía proporcionalmente á velocidade das partículas que contén^[5], non depende do número de partículas (da masa) senón da súa velocidade media: a maior temperatura maior velocidade media. Polo tanto, a temperatura está ligada directamente á enerxía cinética media das partículas que se moven en relación ao centro da masa do obxecto. A temperatura é unha variable intensiva, xa que é independente da cantidade das partículas contidas no interior dun obxecto, xa sexan átomos, moléculas ou electróns, é unha propiedade que é inherente ao sistema e non depende nin da cantidade de substancia nin do tipo de material. Para que se poida determinar a temperatura dun sistema, este debe estar en equilibrio termodinámico. Pódese considerar que a temperatura varía coa posición só se para cada punto hai un pequena zona o seu ao redor que se pode tratar como un sistema termodinámico en equilibrio. Na termodinámica estatística, no canto de partículas fálase de graos de liberdade.

Nun enfoque máis fundamental, a definición empírica da temperatura derívase das condicións do equilibrio térmico, que son expresadas na lei cero da termodinámica.^[6][7] Cando dous sistemas están en equilibrio térmico teñen a mesma temperatura.^[8][9][10] A extensión deste principio como unha relación de equivalencia entre varios sistemas xustifica fundamentalmente a utilización do termómetro e establece os principios da súa construción para medir a temperatura.^[11][12] Aínda que o principio cero da termodinámica permitiría a definición empírica de moitas escalas de temperatura, o segundo principio da termodinámica selecciona unha única definición como a preferida, a temperatura absoluta,^{[13][14][15][16][17]} coñecida como temperatura termodinámica.^[18] Esta función corresponde á variación da enerxía interna con respecto aos cambios na entropía dun sistema. A súa orixe natural, intrínseco ou punto nulo, é o cero absoluto, punto onde a entropía de calquera sistema é mínima. Aínda que esta é a temperatura mínima absoluta descrita polo modelo, o terceiro principio da termodinámica postula que o cero absoluto non pode ser alcanzado por ningún sistema físico. ^[19]

Erro no código da cita: As etiquetas <ref> existen para un grupo chamado "nota", pero non se atopou a etiqueta <references group="nota"/> correspondente

1. ↑ Bureau International des Poid's Mesures(BIPM) (ed.). "Resolution 10 of the 23rd meeting of the CGPM (2007)". Consultado o 8/11/2013. Aclaración da definición do kelvin, unidade de temperatura termodinámica 
2. ↑ ^{2,0 2,1 2,2} Bureau International des Poid's Mesures(BIPM) (ed.). "Résolution 3 de la 13e réunion de la CGPM (1967/68)". Consultado o 8/11/2013. Unidade SI de temperatura termodinámica (kelvin) 
3. ↑ Bureau International des Poid's Mesures(BIPM) (ed.). "Unit names". Arquivado dende o orixinal o 01/11/2012. Consultado o 8/11/2013. SI brochure, Section 5.2  Section 5.2]
4. ↑ T.W. Leland, Jr. "Basic Principles of Classical and Statistical Thermodynamics" (PDF) (en inglés). p. 14. Consultado o 8/11/2013. Polo tanto identificamos temperatura como unha forza impulsora que fai que algo chame o calor que se transfire. 
5. ↑ Gandia, Vicent (1998). Universidade de Valencia, ed. Manual de Termodinàmica. Educació. Materials. (en català) (segunda ed.). Valencia. pp. 267–268. ISBN 84-370-2319-X. ,
6. ↑ Gandia, Vicent (1998). "1". En Universitat de València. Manual de Termodinàmica. Educació. Materials. (en català) (segona ed.). València. pp. 21 i ss. ISBN 84-370-2319-X. 
7. ↑ J. S. Dugdale (1996, 1998). Tayler & Francis, ed. Entropy and its Physical Interpretation. p. 13. ISBN 978-0748405695. This law is the basis of temperature. 
8. ↑ Maxwell, J.C. (1872). Theory of Heat, tercera edició, Longmans, Green, Londres, pàg. 32.
9. ↑ Planck, M. (1897/1903). Treatise on Thermodynamics, traduït per A. Ogg, Longmans, Green, Londres, pàg. 2.
10. ↑ Tait, P.G. (1884). Heat, Macmillan, Londres, capítol VII, pàg. 39-40.
11. ↑ F. Reif (1965). McGraw-Hill, ed. Fundamentals of Statistical and Thermal Physics. pp. 102. 
12. ↑ M. J. Moran, H. N. Shapiro (2006). John Wiley & Sons, Ltd., ed. Fundamentals of Engineering Thermodynamics (5 ed.). pp. 14. ISBN 978-0-470-03037-0. 
13. ↑ Maxwell, J.C. (1872). Theory of Heat, tercera edició, Longmans, Green, Londres, pàg. 155-158.
14. ↑ Tait, P.G. (1884). Heat, Macmillan, Londres, capítol VII, secció 95, pàg. 68-69.
15. ↑ H.A. Buchdahl (1966). Cambridge University Press, ed. The Concepts of Classical Thermodynamics. pp. 73. 
16. ↑ Truesdell, C.A. (1980). The Tragicomical History of Thermodynamics, 1822-1854, Springer, Nova York, ISBN 0-387-90403-4, Secció 11H, pàg. 320-332.
17. ↑ Kondepudi, D. (2008).Introduction to Modern Thermodynamics, Wiley, Chichester, ISBN 978-0-470-01598-8, secció 32., pàg. 106-108.
18. ↑ Carnot, Sadi; Rudolf Clausius, William T. Kelvin (1999). Institut d'Estudis Catalans. Editorial Pòrtic. Eumo editorial., ed. Escrits fonamentals sobre el segon principi de la termodinàmica. Clàssics de la ciència. (en català). Barcelona. ISBN 84-7283-457-3. 
19. ↑ Brillas, Enric (2004). Edicions Universitat Barcelona, ed. Conceptes de termodinàmica química i cinètica (en català). Barcelona. p. 107. ISBN 9788447528424.