Physics · Libro 1 · Grades 1–9

Física de primaria y secundaria

Física de primaria y secundaria · Grades 1–9

15La temperatura y los termómetros

Hace dos inviernos, tres cuencos de agua engañaron a tus dos manos: la misma agua le parecía caliente a una y fresca a la otra. Prometimos entonces que algún día un instrumento zanjaría esas discusiones. Aquí está — el termómetro, el pequeño juez de vidrio que convierte lo caliente y lo frío en un número.

15.1 Por qué el tacto no basta

Ejemplo 15.1 (Los jueces injustos)

El tacto juzga injustamente en todas las estaciones: el tobogán de metal parece más frío que el banco de madera que está a la misma sombra; el agua templada le parece caliente a una mano fría y fresca a una caliente; y después de jugar en la nieve, el pasillo helado parece acogedor. Para comparar lo caliente y lo frío con honradez — entre habitaciones, entre días y entre personas — necesitamos un juez que no cambie nunca de opinión: un instrumento.

15.2 El termómetro y sus grados

Definición 15.2 (La temperatura)

La temperatura de una cosa es el número que dice exactamente cuánto de caliente o de fría está. Número más alto, cosa más caliente; número más bajo, cosa más fría. La temperatura se mide en grados Celsius, que se escriben ∘C{}^{\circ}\mathrm{C}, con un termómetro.

Proposición 15.3 (Los dos hitos del agua)

La escala Celsius está anclada en los dos grandes cambios de estado del agua:

  1. a 0 ∘C0\,{}^{\circ}\mathrm{C}, el agua se congela y se convierte en hielo (y el hielo se derrite);
  2. a 100 ∘C100\,{}^{\circ}\mathrm{C}, el agua hierve y se convierte en vapor.

Entre los dos hitos, la escala se corta en 100100 grados iguales — una escalera de peldaños pequeños que va del hielo al vapor.

Un termómetro: el líquido rojo sube cuando se lo calienta. Aquí está en la marca 25 — la temperatura es 25\, C.
Un termómetro: el líquido rojo sube cuando se lo calienta. Aquí está en la marca 2525 — la temperatura es 25 ∘C25\,{}^{\circ}\mathrm{C}.

Ejemplo 15.4 (Cómo trabaja el juez de vidrio)

Dentro del tubo fino del termómetro hay encerrado un líquido de color. El calor hace que ese líquido se hinche un poquito — y en un tubo tan fino, hincharse un poco empuja la columna visiblemente hacia arriba. El frío la encoge otra vez. Al líquido no se le puede engañar como a una mano: se hincha lo mismo con el mismo calor, hoy, mañana y para todo el mundo.

Un termómetro de verdad en su pared: la columna roja sube por la escala, y cualquiera que lea la marca obtiene el mismo número.
Un termómetro de verdad en su pared: la columna roja sube por la escala, y cualquiera que lea la marca obtiene el mismo número.

15.3 Leer un termómetro

Método 15.5 (Leer un termómetro)

  1. pon el termómetro donde quieras conocer la temperatura — en el agua, a la sombra en la calle, debajo de la lengua;
  2. espera — el líquido necesita tiempo para acabar de subir o de bajar; míralo hasta que deje de moverse;
  3. pon el ojo a la altura de lo alto de la columna;
  4. lee el número de la marca a la que llega la columna y escríbelo con su unidad: 18 ∘C18\,{}^{\circ}\mathrm{C}.

Leerlo demasiado pronto, o de lado, da un número equivocado — el juez es honrado, pero hay que preguntarle como es debido.

Ejemplo 15.6 (Temperaturas para andar por casa)

Algunos números que vale la pena saberse de memoria: una habitación agradable está a unos 20 ∘C20\,{}^{\circ}\mathrm{C}; tu cuerpo se mantiene a unos 37 ∘C37\,{}^{\circ}\mathrm{C}, lo mismo en verano que en invierno (bastante por encima de eso es fiebre — el termómetro del médico lo sabe); el frigorífico está a unos 4 ∘C4\,{}^{\circ}\mathrm{C}; un día caluroso de verano llega a 30 ∘C30\,{}^{\circ}\mathrm{C}; el agua del baño está agradable cerca de los 35 ∘C35\,{}^{\circ}\mathrm{C}.

Cuatro temperaturas conocidas: cuanto más alta la columna, más caliente está la cosa.
Cuatro temperaturas conocidas: cuanto más alta la columna, más caliente está la cosa.

15.4 Por debajo de cero

Ejemplo 15.7 (Números de invierno)

Una mañana helada, la columna baja por debajo de la marca del 00. Ahí abajo las marcas siguen, y las leemos con la palabra “menos”: una marca por debajo de cero es menos un grado; cinco marcas por debajo son menos cinco, que se escribe −5 ∘C-5\,{}^{\circ}\mathrm{C}. Los números negativos son más fríos que el cero, y cuanto más bajan, más dura es la helada: una mañana de −10-10 muerde más que una de −2-2. El parte del tiempo los dice todas las tardes de invierno.

Observación 15.8 (El cero no es “nada”)

En esta escala, el 00 no significa “ninguna temperatura” — es sencillamente la marca en la que el agua se congela, un hito como una señal de carretera. El tiempo puede estar más templado o más frío que el hito; el termómetro solo te dice de qué lado y por cuántas marcas. (Los números por debajo de cero tienen toda una aritmética propia — tu curso de matemáticas los tomará como es debido en un año posterior.)

15.5 Ejercicios

Ejercicio 15.1 ★

¿Por qué es un termómetro un juez más justo de lo caliente y lo frío que tu mano? Nombra una manera en la que las manos se dejaron engañar en capítulos anteriores.

Solución

Solución de Ejercicio 15.1.

El termómetro da el mismo número para el mismo calor, lo lea quien lo lea y cuando lo lea. A las manos las engañaron los tres cuencos (la misma agua templada parecía caliente y fresca a la vez) y el metal, que parece más frío que la madera a la misma sombra.

Ejercicio 15.2 ★

¿A qué temperatura se congela el agua? ¿Y a cuál hierve? ¿En qué unidad están los dos números?

Solución

Solución de Ejercicio 15.2.

El agua se congela a 0 ∘C0\,{}^{\circ}\mathrm{C} y hierve a 100 ∘C100\,{}^{\circ}\mathrm{C} — los dos en grados Celsius.

Ejercicio 15.3 ★

¿Qué le pasa al líquido del tubo fino cuando se calienta el termómetro? ¿Y cuando se enfría? ¿Por qué se ve tan claramente un cambio tan pequeño?

Solución

Solución de Ejercicio 15.3.

Al calentarlo, el líquido encerrado se hincha y la columna sube; al enfriarlo, se encoge y la columna baja. El tubo es tan fino que hasta un hinchamiento diminuto empuja la columna hacia arriba de manera bien visible.

Ejercicio 15.4 ★

Enumera los dos errores contra los que avisa el Método 15.5 al leer un termómetro.

Solución

Solución de Ejercicio 15.4.

Leerlo demasiado pronto (antes de que la columna haya dejado de moverse) y leerlo de lado en vez de con el ojo a la altura de lo alto de la columna.

Ejercicio 15.5 ★

Empareja cada cosa con su temperatura probable — 4 ∘C4\,{}^{\circ}\mathrm{C}, 20 ∘C20\,{}^{\circ}\mathrm{C}, 37 ∘C37\,{}^{\circ}\mathrm{C}, 100 ∘C100\,{}^{\circ}\mathrm{C}: agua hirviendo; un salón acogedor; el interior del frigorífico; tu propio cuerpo.

Solución

Solución de Ejercicio 15.5.

Agua hirviendo: 100 ∘C100\,{}^{\circ}\mathrm{C}. Salón acogedor: 20 ∘C20\,{}^{\circ}\mathrm{C}. Frigorífico: 4 ∘C4\,{}^{\circ}\mathrm{C}. Tu cuerpo: 37 ∘C37\,{}^{\circ}\mathrm{C}.

Ejercicio 15.6 ★

El termómetro del baño marca 35 ∘C35\,{}^{\circ}\mathrm{C}; la olla del fogón marca 100 ∘C100\,{}^{\circ}\mathrm{C}. ¿Cuál está más caliente y se puede tocar la olla sin peligro? ¿Cuántos grados más caliente está la olla que el baño?

Solución

Solución de Ejercicio 15.6.

La olla está más caliente, por 100−35=65100 - 35 = 65 grados — y muchísimo más caliente de lo que se puede tocar: está a la temperatura de ebullición.

Ejercicio 15.7 ★

Un termómetro de invierno tiene la columna 33 marcas por debajo de cero. ¿Cómo se dice y se escribe esa temperatura? ¿Es más fría o más templada que −8 ∘C-8\,{}^{\circ}\mathrm{C}?

Solución

Solución de Ejercicio 15.7.

Menos tres grados Celsius, que se escribe −3 ∘C-3\,{}^{\circ}\mathrm{C}. Es más templada que −8 ∘C-8\,{}^{\circ}\mathrm{C}: ocho marcas por debajo de cero es meterse más adentro de la helada que tres.

Ejercicio 15.8 ★

Ayer el termómetro del jardín marcaba 6 ∘C6\,{}^{\circ}\mathrm{C} en el desayuno y 14 ∘C14\,{}^{\circ}\mathrm{C} a la hora de comer. ¿Cuántos grados se templó la mañana?

Solución

Solución de Ejercicio 15.8.

14−6=814 - 6 = 8: la mañana se templó 88 grados.

Ejercicio 15.9 ★

Los charcos de la acera se han convertido en hielo durante la noche. ¿Qué puedes decir de la temperatura de la noche, sin ningún termómetro? ¿Qué hito estás usando?

Solución

Solución de Ejercicio 15.9.

La noche bajó de 0 ∘C0\,{}^{\circ}\mathrm{C} — el hito de congelación del agua. Los charcos helados son un termómetro hecho de tiempo atmosférico.

Ejercicio 15.10 ★★

Nada más volver de jugar en la nieve, Emma entra corriendo en el pasillo y grita: “¡Aquí dentro hace un calor achicharrante!”. El termómetro del pasillo marca 16 ∘C16\,{}^{\circ}\mathrm{C}. ¿Hace calor en el pasillo? ¿Por qué lo nota así Emma — y de qué juez debería fiarse la familia?

Solución

Solución de Ejercicio 15.10.

No — 16 ∘C16\,{}^{\circ}\mathrm{C} está en el lado fresco de lo agradable. La piel de Emma compara el pasillo con el jardín helado del que acaba de salir, así que a ella le parece acogedor. La familia debería fiarse del termómetro: él compara con las marcas fijas de su escala, no con el sitio del que acaba de venir.

Ejercicio 15.11 ★★

Una cocinera quiere saber si una sopa a borbotones se calienta más cuanto más hierve. Lo mide: después de un minuto hirviendo, 100 ∘C100\,{}^{\circ}\mathrm{C}; después de diez minutos, 100 ∘C100\,{}^{\circ}\mathrm{C} todavía. ¿Qué le enseña el termómetro sobre el agua hirviendo — y sobre los hitos del agua?

Solución

Solución de Ejercicio 15.11.

El agua hirviendo se queda a 100 ∘C100\,{}^{\circ}\mathrm{C} por mucho que hierva — el hito es un techo: calentar más produce más vapor, no agua más caliente. Justo por eso se pudo elegir los 100 ∘C100\,{}^{\circ}\mathrm{C} como hito fiable.

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