Temperatura y equilibrio térmico

1. ¿Qué es la temperatura?

• Mide qué tan caliente o frío está algo.
• Mide la energía cinética promedio de las partículas, es decir, qué tan intenso es su movimiento en promedio.
• No depende de la cantidad de partículas, solo del promedio.
• Por eso una taza pequeña hirviendo tiene mayor temperatura que una piscina tibia, aunque la piscina guarde más energía total.

2. Temperatura vs calor

• Temperatura: promedio de energía de movimiento.
• Calor: energía en tránsito.
• Solo aparece cuando hay diferencia de temperatura.
• Siempre viaja de lo caliente a lo frío.

3. Contacto térmico y equilibrio térmico

• Contacto térmico: cuando dos cuerpos pueden intercambiar calor, por tocarse directo o por aire, agua o metal.
• Equilibrio térmico: estado final cuando alcanzan la misma temperatura y dejan de cambiar.
• Ejemplo: cuchara fría en sopa caliente, al final ambas quedan tibias e iguales.
• Condición del equilibrio:

$$T_{1} = T_{2}$$

• Mientras sean distintas, habrá flujo de calor.

4. Cómo la medimos: termómetro y escalas

• Termómetro: instrumento que mide la temperatura.
• Propiedad termométrica: característica que cambia con la temperatura, como la altura del líquido.
• Para medir bien, el termómetro debe estar en equilibrio térmico con el cuerpo.
• Escalas principales:
  • Celsius (°C): congelación 0, ebullición 100
  • Kelvin (K): congelación 273.15, ebullición 373.15
  • Fahrenheit (°F): congelación 32, ebullición 212
• Kelvin es escala absoluta: su cero 0 K es lo más frío posible y no tiene negativos.
• Fórmulas de conversión:

$$T_{K} = T_{C} + 273.15$$ $$T_{F} = (9/5) T_{C} + 32$$ $$T_{C} = (5/9) (T_{F} - 32)$$

5. Ley cero de la termodinámica

• Si el cuerpo A está en equilibrio con C, entonces T_A = T_C.
• Si el cuerpo B está en equilibrio con C, entonces T_B = T_C.
• Entonces A y B están en equilibrio entre sí, porque T_A = T_B.
• Permite usar el termómetro como tercer cuerpo para saber si dos objetos tienen la misma temperatura sin que se toquen.

6. Claves para recordar

• Temperatura mide el promedio, no el total.
• Calor pasa de lo caliente a lo frío.
• Equilibrio es misma temperatura y sin cambio neto.
• Ley cero es la base para medir con termómetro.