¿Qué escalas de temperatura conoces? Sobre las diferentes escalas de temperatura

Contenido:

Introducción

Temperatura y termómetros: historia de ocurrencia.

Escalas de temperatura y sus tipos.

Fahrenheit
escala de Réaumur
Celsius
escala kelvin

Temperaturas cero absoluto

La influencia de las condiciones de temperatura en la vida en la Tierra.

conclusiones

Termómetros y temperatura. Historia de origen.

¿Qué es la temperatura?

Antes de empezar a hablar de sensores de temperatura, debes entender qué son.temperatura desde el punto de vista de la física . ¿Por qué el cuerpo humano siente un cambio de temperatura? ¿Por qué decimos que hoy hace calor o simplemente calor y al día siguiente hace frío o incluso frío?

El término temperatura proviene del vocablo latino temperatura, que significa estado normal o desplazamiento propio. Como cantidad física, la temperatura caracteriza la energía interna de una sustancia, el grado de movilidad de las moléculas y la energía cinética de las partículas en un estado de equilibrio termodinámico.

Como ejemplo, consideremos el aire, cuyas moléculas y átomos se mueven caóticamente. Cuando la velocidad de movimiento de estas partículas aumenta, se dice que la temperatura del aire es alta, que el aire está tibio o incluso caliente. En un día frío, por ejemplo, la velocidad de movimiento de las partículas de aire es baja, lo que produce una sensación de frescor agradable o incluso de “frío de perro”. ¡Tenga en cuenta que la velocidad de las partículas de aire no depende de ninguna manera de la velocidad del viento! Esta es una velocidad completamente diferente.

Esto es lo que ocurre con el aire, las moléculas pueden moverse libremente en él, pero ¿cuál es la situación en los cuerpos líquidos y sólidos? En ellos también existe movimiento térmico de moléculas, aunque en menor medida que en el aire. Pero es bastante notorio su cambio, lo que determina la temperatura de líquidos y sólidos.

Las moléculas continúan moviéndose incluso a la temperatura de fusión del hielo, así como a temperaturas negativas. Por ejemplo, la velocidad de una molécula de hidrógeno a temperatura cero es de 1950 m/s. Cada segundo, se producen mil billones de colisiones moleculares en 16 cm^3 de aire. A medida que aumenta la temperatura, aumenta la movilidad de las moléculas y, en consecuencia, aumenta el número de colisiones.

Sin embargo, cabe señalar quetemperatura Ycálido la esencia no es la misma. Un ejemplo sencillo: una estufa de gas normal en la cocina tiene quemadores grandes y pequeños que queman el mismo gas. La temperatura de combustión del gas es la misma, por lo que la temperatura de los quemadores también lo es. Pero la misma cantidad de agua, por ejemplo una tetera o un balde, hervirá más rápido en un quemador grande que en uno pequeño. Esto sucede porque un quemador más grande produce más calor, quema más gas por unidad de tiempo o tiene más potencia.

Los primeros termómetros

Antes de la invención de un dispositivo de medición tan común y sencillo para nuestra vida cotidiana como un termómetro, la gente podía juzgar su estado térmico sólo por sus sensaciones inmediatas: cálido o frío, caliente o frío.

La palabra "temperatura" surgió hace mucho tiempo: la teoría cinética molecular aún no existía. Se creía que los cuerpos contenían cierta materia llamada "calórica" y que los cuerpos calientes contenían más cantidad que los cuerpos fríos. La temperatura, por tanto, caracteriza la mezcla de calorías y sustancias del propio cuerpo, y cuanto mayor es la temperatura, más fuerte es esta mezcla. De aquí procede la medición de la graduación de las bebidas alcohólicas en grados.

La historia de la termodinámica comenzó cuando Galileo Galilei creó el primer instrumento para observar cambios de temperatura en 1592, llamándolo termoscopio. El termoscopio era una pequeña bola de vidrio con un tubo de vidrio soldado. Se calentó la bola y se sumergió el extremo del tubo en agua. Cuando la bola se enfrió, la presión en ella disminuyó y el agua en el tubo, bajo la influencia de la presión atmosférica, se elevó a una cierta altura. A medida que el clima se calentó, el nivel del agua en los tubos bajó. La desventaja del dispositivo era que sólo podía utilizarse para juzgar el grado relativo de calentamiento o enfriamiento del cuerpo, ya que aún no tenía escala.

Más tarde, los científicos florentinos mejoraron el termoscopio de Galileo añadiendo una escala de cuentas y bombeando el aire del globo.

Luego aparecieron termómetros llenos de agua, pero el líquido se congeló y los termómetros estallaron. Por lo tanto, en lugar de agua, comenzaron a usar alcohol de vino, y luego al alumno de Galileo, Evangelista Torricelli, se le ocurrió la idea de llenar el termómetro con mercurio y alcohol y sellarlo para que la presión atmosférica no afectara las lecturas. Se dio la vuelta al dispositivo, se retiró el recipiente con agua y se vertió alcohol en el tubo. El funcionamiento del dispositivo se basaba en la expansión del alcohol cuando se calentaba; ahora las lecturas no dependían de la presión atmosférica. Este fue uno de los primeros termómetros líquidos.

En ese momento, las lecturas de los instrumentos aún no eran consistentes entre sí, ya que no se tuvo en cuenta ningún sistema específico al calibrar las básculas. En 1694, Carlo Renaldini propuso tomar el punto de fusión del hielo y el punto de ebullición del agua como dos puntos extremos.

Escalas de temperatura

La humanidad aprendió a medir la temperatura hace aproximadamente 400 años. Pero los primeros instrumentos parecidos a los termómetros actuales no aparecieron hasta el siglo XVIII. El inventor del primer termómetro fue el científico Gabriel Fahrenheit. En total, se inventaron varias escalas de temperatura diferentes en el mundo, algunas de ellas fueron más populares y todavía se usan hoy en día, otras gradualmente dejaron de usarse.

Las escalas de temperatura son sistemas de valores de temperatura que se pueden comparar entre sí. Dado que la temperatura no es una cantidad que pueda medirse directamente, su valor está asociado con un cambio en el estado de temperatura de una sustancia (por ejemplo, el agua). En todas las escalas de temperatura, por regla general, se registran dos puntos, correspondientes a las temperaturas de transición de la sustancia termométrica seleccionada a diferentes fases. Estos son los llamados puntos de referencia. Ejemplos de puntos de referencia son el punto de ebullición del agua, el punto de endurecimiento del oro, etc. Uno de los puntos se toma como origen. El intervalo entre ellos se divide en un cierto número de segmentos iguales, que son únicos. La unidad de medida de temperatura universalmente aceptada es el grado. dispositivo de escala de temperatura

Las escalas de temperatura más populares y utilizadas en el mundo son las escalas Celsius y Fahrenheit.

Veamos en orden las escalas disponibles e intentemos compararlas desde el punto de vista de la facilidad de uso y la utilidad práctica. Hay cuatro escalas más famosas:

Fahrenheit

escala de Réaumur

Celsius,

escala kelvin

Fahrenheit

En muchos libros de referencia, incluida la Wikipedia rusa, se menciona a Daniel Gabriel Fahrenheit como un físico alemán. Sin embargo, según la Enciclopedia Británica, fue un físico holandés nacido en Polonia, en Gdansk, el 24 de mayo de 1686. El propio Fahrenheit fabricó instrumentos científicos e inventó en 1709 el termómetro de alcohol y en 1714 el termómetro de mercurio.

En 1724, Fahrenheit se convirtió en miembro de la Royal Society de Londres y le presentó su escala de temperatura. La escala se construyó a partir de tres puntos de referencia. En la versión original (que luego fue modificada), tomó como punto cero la temperatura de la solución de salmuera (hielo, agua y cloruro de amonio en una proporción de 1:1:1). La temperatura de esta solución se estabilizó a 0 °F (-17,78 °C). El segundo punto de 32°F era el punto de fusión del hielo, es decir. temperatura de una mezcla de hielo y agua en una proporción de 1:1 (0 °C). El tercer punto es la temperatura normal del cuerpo humano, que asignó como 96°F.

¿Por qué se eligieron números tan extraños y no redondos? Según una historia, Fahrenheit inicialmente eligió como cero de su escala la temperatura más baja medida en su ciudad natal de Gdansk en el invierno de 1708/1709. Más tarde, cuando se hizo necesario hacer que esta temperatura fuera bien reproducible, utilizó una solución salina para medirla. reproducirlo. Una explicación para la inexactitud de la temperatura obtenida es que Fahrenheit no tenía la capacidad de preparar una buena solución de salmuera para obtener una composición de equilibrio eutéctico precisa de cloruro de amonio (es decir, es posible que haya disuelto varias sales, pero no completamente).

Otra historia interesante está relacionada con la carta de Fahrenheit a su amigo Herman Boerhaave. Según la carta, su escala se creó basándose en el trabajo del astrónomo Olof Römer, con quien Fahrenheit se había comunicado anteriormente. En la escala de Roemer, la solución salina se congela a cero grados, el agua a 7,5 grados, la temperatura del cuerpo humano se considera de 22,5 grados y el agua hierve a 60 grados (se cree que esto es análogo a 60 segundos en una hora). Fahrenheit multiplicó cada número por cuatro para eliminar la parte fraccionaria. Al mismo tiempo, el punto de fusión del hielo resultó ser de 30 grados y la temperatura humana de 90 grados. Fue más allá y movió la escala para que el punto de hielo fuera de 32 grados y la temperatura del cuerpo humano fuera de 96 grados. Así, fue posible romper el intervalo entre estos dos puntos, que ascendía a 64 grados, simplemente dividiendo repetidamente el intervalo por la mitad. (64 es 2 elevado a la sexta potencia).

Cuando medí el punto de ebullición del agua con mis termómetros calibrados, el valor Fahrenheit era de aproximadamente 212 °F. Posteriormente, los científicos decidieron redefinir ligeramente la escala, asignando un valor exacto a dos puntos de referencia bien reproducibles: el punto de fusión del hielo a 32 °F y el punto de ebullición del agua a 212 °F. Al mismo tiempo, la temperatura humana normal en esta escala después de nuevas mediciones más precisas resultó ser de aproximadamente 98 °F, y no 96 °F.

escala de Réaumur

El naturalista francés René Antoine Ferchaux de Reaumur nació el 28 de febrero de 1683 en La Rochelle en la familia de un notario. Fue educado en el colegio jesuita de Poitiers. A partir de 1699 estudió derecho y matemáticas en la Universidad de Bourget. En 1703 continuó sus estudios de matemáticas y física en París. Después de que René publicara sus tres primeros trabajos sobre matemáticas en 1708, fue aceptado como miembro de la Academia de Ciencias de París.

Los trabajos científicos de Reaumur son bastante variados. Estudió matemáticas, tecnología química, botánica, física y zoología. Pero en los dos últimos temas tuvo más éxito, por lo que sus principales trabajos estuvieron dedicados a estos temas.

En 1730, Réaumur describió el termómetro de alcohol que había inventado, cuya escala estaba determinada por los puntos de ebullición y congelación del agua. 1 grado Réaumur es igual a 1/80 del intervalo de temperatura entre el punto de fusión del hielo (0 °R) y el punto de ebullición del agua (80 °R

Después de soldar un tubo delgado a un matraz redondo, Reaumur vertió en él alcohol, lo más limpio posible de agua y gases disueltos. En sus memorias, señala que su líquido no contenía más del 5 por ciento de agua.

El tubo no estaba sellado: Reaumur sólo lo tapó con masilla a base de trementina.

De hecho, Réaumur sólo tenía un punto de referencia: la temperatura de fusión del hielo. Y determinó el valor de un grado no dividiendo un rango de temperatura por el número 80 que surgió de la nada. De hecho, decidió tomar como un grado un cambio de temperatura en el que el volumen de alcohol aumenta o disminuye en 1/1000. . Por tanto, el termómetro de Reaumur puede considerarse esencialmente un gran picnómetro o, más precisamente, un prototipo primitivo de este dispositivo fisicoquímico.

A partir de 1734, Reaumur publicó durante cinco años informes sobre mediciones de la temperatura del aire utilizando el dispositivo que propuso en varias áreas, desde las regiones centrales de Francia hasta el puerto indio de Pondicherry, pero luego abandonó la termometría.

Hoy en día, la escala de Reaumur ha quedado en desuso.

Celsius

Anders Celsius (27 de noviembre de 1701 - 25 de abril de 1744) fue un astrónomo, geólogo y meteorólogo sueco (en aquella época la geología y la meteorología se consideraban parte de la astronomía). Profesor de astronomía en la Universidad de Uppsala (1730-1744).

Junto con el astrónomo francés Pierre Louis Moreau, de Maupertuis participó en una expedición para medir un segmento de 1 grado del meridiano en Laponia (entonces parte de Suecia). Se organizó una expedición similar al ecuador, en lo que hoy es Ecuador. Una comparación de los resultados confirmó la suposición de Newton de que la Tierra es un elipsoide aplanado en los polos.

En 1742 propuso la escala Celsius, en la que la temperatura del punto triple del agua (esta temperatura prácticamente coincide con la temperatura de fusión del hielo a presión normal) se tomaba como 100, y el punto de ebullición del agua como 0. (Inicialmente , Celsius tomó la temperatura de fusión del hielo como 100°, y 0° es el punto de ebullición del agua y sólo en el año de la muerte de Celsius, su contemporáneo Carl Linneo “giró” esta escala). Así, el punto de fusión del hielo se consideró cero en la escala Celsius y el punto de ebullición del agua a presión atmosférica estándar, 100°. Esta escala es lineal en el rango de 0 a 100° y continúa linealmente en la región por debajo de 0° y por encima de 100°.

La escala Celsius resultó ser más racional que la escala Fahrenheit y la escala Reaumur, y ahora se utiliza en todas partes.

escala kelvin

Kelvin William (1824-1907): destacado físico inglés, uno de los fundadores de la termodinámica y la teoría cinética molecular de los gases.

Kelvin introdujo la escala de temperatura absoluta en 1848 y dio una de las formulaciones de la segunda ley de la termodinámica en forma de la imposibilidad de convertir completamente el calor en trabajo. Calculó el tamaño de las moléculas midiendo la energía superficial del líquido.

El científico inglés W. Kelvin introdujo la escala de temperatura absoluta. La temperatura cero en la escala Kelvin corresponde al cero absoluto y la unidad de temperatura en esta escala es igual a un grado en la escala Celsius, por lo que la temperatura absoluta t está relacionado con la temperatura en la escala Celsius mediante la fórmula:

La unidad SI de temperatura absoluta se llama kelvin (abreviado K). Por lo tanto, un grado en la escala Celsius es igual a un grado en la escala Kelvin: 1 °C = 1 K.

Los valores de temperatura que nos dan las escalas Fahrenheit y Celsius se pueden convertir fácilmente entre sí. Al convertir valores Fahrenheit "en su cabeza" a grados Celsius, debe reducir la cifra original en 32 unidades y multiplicarla por 5/9. Viceversa (de la escala Celsius a Fahrenheit): multiplique el valor original por 9/5 y agregue 32. A modo de comparación: la temperatura del cero absoluto en Celsius es 273,15 °, en Fahrenheit - 459,67 °.

Medición de temperatura

La medición de la temperatura se basa en la dependencia de alguna cantidad física (por ejemplo, volumen) de la temperatura. Esta dependencia se utiliza en la escala de temperatura de un termómetro, un dispositivo utilizado para medir la temperatura.

Temperatura cero absoluta

Cualquier medición requiere la presencia de un punto de referencia. La temperatura no es una excepción. Para la escala Fahrenheit, esta marca cero es la temperatura de la nieve mezclada con sal de mesa; para la escala Celsius, es la temperatura de congelación del agua. Pero existe un punto de referencia de temperatura especial: el cero absoluto.

Durante muchos años, los investigadores han avanzado hacia la temperatura del cero absoluto. Como se sabe, una temperatura igual al cero absoluto caracteriza el estado fundamental de un sistema de muchas partículas, un estado con la energía más baja posible, en el que los átomos y las moléculas realizan las llamadas vibraciones "cero". Por lo tanto, el enfriamiento profundo cerca del cero absoluto (el cero absoluto se considera inalcanzable en la práctica) abre posibilidades ilimitadas para estudiar las propiedades de la materia.

El cero absoluto es teóricamente la temperatura más baja posible. Cerca de esta temperatura, la energía de la sustancia se vuelve mínima. A menudo también se le llama “cero en la escala Kelvin”. El cero absoluto es aproximadamente -273°C o -460°F. Todas las sustancias (gases, líquidos, sólidos) están formadas por moléculas y la temperatura determina la velocidad de movimiento de estas moléculas. Cuanto mayor es la temperatura, mayor es la velocidad de las moléculas y más volumen necesitan para moverse (es decir, las sustancias se expanden). Cuanto más baja es la temperatura, más lento se mueven y, a medida que la temperatura baja, la energía de las moléculas finalmente disminuye tanto que dejan de moverse por completo. En otras palabras, cualquier sustancia, al congelarse, se vuelve sólida. Aunque los físicos ya han alcanzado temperaturas que difieren del cero absoluto en sólo una millonésima de grado, el cero absoluto en sí es inalcanzable. La rama de la ciencia y la tecnología que estudia el comportamiento inusual de materiales o sustancias cercanas al cero absoluto se denomina tecnología criogénica.

La búsqueda del cero absoluto enfrenta esencialmente los mismos problemas que . Para alcanzar la velocidad de la luz se requiere una cantidad infinita de energía, y alcanzar el cero absoluto requiere la extracción de una cantidad infinita de calor. Ambos procesos son imposibles.

A pesar de que todavía no hemos alcanzado el estado real del cero absoluto, estamos muy cerca de él (aunque “muy” en este caso es un concepto muy vago; como una canción infantil: dos, tres, cuatro, cuatro y un la mitad, cuatro en una cuerda, cuatro por un pelo, cinco). La temperatura más fría jamás registrada en la Tierra se registró en la Antártida en 1983, a -89,15 grados Celsius (184K).

¿Por qué necesitamos temperaturas de cero absoluto?

La temperatura cero absoluta es un concepto teórico; es imposible alcanzarla en la práctica, incluso en laboratorios científicos con los equipos más sofisticados. Pero los científicos logran enfriar la sustancia a temperaturas muy bajas, cercanas al cero absoluto.

A tales temperaturas, las sustancias adquieren propiedades asombrosas que no podrían tener en circunstancias normales. El mercurio, llamado "plata viva" porque se encuentra en un estado cercano al líquido, se solidifica a esta temperatura, hasta el punto de que puede utilizarse para clavar clavos. Algunos metales se vuelven quebradizos, como el vidrio. El caucho se vuelve igual de duro y quebradizo. Si golpeas un objeto de goma con un martillo a una temperatura cercana al cero absoluto, se romperá como si fuera vidrio.

Este cambio de propiedades también está asociado con la naturaleza del calor. Cuanto mayor es la temperatura del cuerpo físico, más intenso y caótico se mueven las moléculas. A medida que la temperatura disminuye, el movimiento se vuelve menos intenso y la estructura se vuelve más ordenada.

Es muy importante, sobre todo desde el punto de vista científico, que los materiales se comporten como locos a temperaturas extremadamente bajas.

Entonces un gas se vuelve líquido y un líquido se vuelve sólido. El último nivel de orden es la estructura cristalina. A temperaturas ultrabajas, incluso sustancias que normalmente permanecen amorfas, como el caucho, lo adquieren.

También se producen fenómenos interesantes con los metales. Los átomos de la red cristalina vibran con menor amplitud, la dispersión de electrones disminuye y, por tanto, la resistencia eléctrica disminuye. El metal adquiere superconductividad, cuya aplicación práctica parece muy tentadora, aunque difícil de conseguir.

A temperaturas muy bajas, muchos materiales se vuelven superfluidos, lo que significa que no pueden tener ninguna viscosidad, apilarse en capas ultrafinas e incluso desafiar la gravedad para lograr un mínimo de energía. Además, a bajas temperaturas, muchos materiales se vuelven superconductores, lo que significa que no hay resistencia eléctrica. Los superconductores son capaces de responder a los campos magnéticos externos de tal manera que los anulan completamente dentro del metal. Como resultado, puedes combinar una temperatura fría y un imán y obtener algo así como levitación.

¿Por qué existe el cero absoluto, pero no el máximo absoluto?

Miremos el otro extremo. Si la temperatura es simplemente una medida de energía, entonces podemos imaginar que los átomos se acercan cada vez más a la velocidad de la luz. Esto no puede durar para siempre, ¿verdad?

La respuesta corta es: no lo sabemos. Es posible que exista literalmente algo llamado temperatura infinita, pero si hay un límite absoluto, el universo joven proporciona algunas pistas bastante interesantes sobre lo que es. La temperatura más alta jamás conocida (al menos en nuestro universo) probablemente ocurrió durante lo que se conoce como la época de Planck. Fue un momento 10^-43 segundos después del Big Bang cuando la gravedad se separó de la mecánica cuántica y la física se convirtió exactamente en lo que es ahora. La temperatura en ese momento era de aproximadamente 10 ^ 32 K. Esto es un septillón de veces más caliente que el interior de nuestro Sol.

Nuevamente, no estamos del todo seguros de si esta es la temperatura más alta que podría haber. Dado que ni siquiera tenemos un modelo grande del universo en la época de Planck, ni siquiera estamos seguros de que el universo alcanzara tal estado. En cualquier caso, estamos muchas veces más cerca del cero absoluto que del calor absoluto.

Cómo la vida en la Tierra depende de la temperatura y las condiciones climáticas

Ya en la antigüedad, nuestros antepasados sabían que el bienestar y todos los procesos vitales dependían del clima y otros fenómenos naturales. Primera evidencia escritaoh influencia de los fenómenos naturales y climáticos en la saludLos seres humanos se conocen desde la antigüedad. En la India hace 4000 años se hablaba de que las plantas adquirían propiedades medicinales de los rayos del sol, las tormentas y las lluvias. La medicina tibetana todavía asocia las enfermedades con determinadas combinaciones de factores meteorológicos. El antiguo científico médico griego Hipócrates (460-377 a. C.) en sus "Aforismos" escribió, en particular, que los cuerpos humanos se comportan de manera diferente en relación con la época del año: algunos se ubican más cerca del verano, otros, del invierno, y las enfermedades progresan. de manera diferente (buena o mala) en diferentes épocas del año, en diferentes países y condiciones de vida.

Los fundamentos de la dirección científica de la medicina sobre la influencia de los factores climáticos en la salud humana se originaron en el siglo XVII. En Rusia, el estudio de la influencia del clima, las estaciones y el tiempo en los seres humanos comenzó con la fundación de la Academia Rusa de Ciencias en San Petersburgo (1725). Destacados científicos nacionales I.M. desempeñaron un papel importante en el desarrollo de los fundamentos teóricos de esta ciencia. Sechenov, I.P. Pavlov y otros. A principios del siglo XXI se demostró que un brote de fiebre del Nilo Occidental en las regiones de Volgogrado y Astracán se asoció con un invierno anormalmente cálido. El calor de 2010 provocó un aumento sin precedentes de esta enfermedad: 480 casos en las regiones de Volgogrado, Rostov, Vorónezh y Astracán. También hay un avance gradual de la encefalitis transmitida por garrapatas hacia el norte, como lo ha demostrado el trabajo del Prof. N.K. Tokarevich (Instituto de Microbiología y Epidemiología de San Petersburgo que lleva el nombre de Pasteur) en la región de Arkhangelsk, y este fenómeno también está asociado con el cambio climático.

El clima tiene efectos directos e indirectos sobre los humanos.

La influencia directa es muy diversa y se debe al efecto directo de los factores climáticos sobre el cuerpo humano y, sobre todo, sobre las condiciones de su intercambio de calor con el medio ambiente: sobre el riego sanguíneo de la piel, los sistemas respiratorio, cardiovascular y sudoración. .

El cuerpo humano, por regla general, no está influenciado por un factor aislado, sino por una combinación de ellos, y el efecto principal no son las fluctuaciones ordinarias de las condiciones climáticas, sino principalmente sus cambios repentinos. Para cualquier organismo vivo se han establecido ciertos ritmos de actividad vital de diversas frecuencias.

Algunas funciones del cuerpo humano se caracterizan por cambios según las estaciones del año. Esto se aplica a la temperatura corporal, la tasa metabólica, el sistema circulatorio, la composición de las células sanguíneas y los tejidos. Entonces, en verano, la sangre se redistribuye desde los órganos internos a la piel, por lo que la presión arterial es más baja en verano que en invierno.

Factores climáticos que afectan a los humanos.

La mayoría de los factores físicos del entorno externo, en interacción con los cuales ha evolucionado el cuerpo humano, son de naturaleza electromagnética. Es bien sabido que el aire cerca del agua que fluye rápidamente es refrescante y tonificante: contiene muchos iones negativos. Por la misma razón, la gente encuentra el aire limpio y refrescante después de una tormenta. Por el contrario, el aire en habitaciones estrechas con abundancia de diversos tipos de dispositivos electromagnéticos está saturado de iones positivos. Incluso una estancia relativamente corta en una habitación de este tipo provoca letargo, somnolencia, mareos y dolores de cabeza. Una imagen similar se observa en climas ventosos, en días polvorientos y húmedos. Los expertos en el campo de la medicina ambiental creen que los iones negativos tienen un efecto positivo en la salud humana, mientras que los iones positivos tienen un efecto negativo.

Radiación ultravioleta

Entre los factores climáticos, la parte de onda corta del espectro solar, la radiación ultravioleta (UVR) (longitud de onda de 295 a 400 nm), tiene una gran importancia biológica.

La radiación ultravioleta es un requisito previo para la vida humana normal. Destruye los microorganismos de la piel, previene el raquitismo, normaliza el metabolismo mineral y aumenta la resistencia del cuerpo a enfermedades infecciosas y otras enfermedades. Observaciones especiales han encontrado que los niños que recibieron suficiente radiación ultravioleta son diez veces menos susceptibles a los resfriados que los niños que no recibieron suficiente radiación ultravioleta. Con la falta de irradiación ultravioleta, se altera el metabolismo del fósforo y el calcio, aumenta la sensibilidad del cuerpo a las enfermedades infecciosas y los resfriados, surgen trastornos funcionales del sistema nervioso central, algunas enfermedades crónicas se agravan y la actividad fisiológica general y, en consecuencia, el rendimiento humano disminuye. . Los niños son especialmente sensibles a la “inanición leve”, en la que ésta conduce al desarrollo de una deficiencia de vitamina D (raquitismo).

Temperatura

Las condiciones térmicas son la condición más importante para la existencia de organismos vivos, ya que todos los procesos fisiológicos en ellos son posibles bajo determinadas condiciones.

La radiación solar se convierte en una fuente de calor exógena situada fuera del cuerpo en todos los casos cuando incide sobre el cuerpo y es absorbida por éste. La fuerza y la naturaleza de los efectos de la radiación solar dependen de la ubicación geográfica y son factores importantes que determinan el clima de la región. El clima determina la presencia y abundancia de especies vegetales y animales en un área determinada. El rango de temperaturas existente en el Universo es de miles de grados.

En comparación, los límites dentro de los cuales puede existir la vida son muy estrechos: alrededor de 300°C, de -200°C a +100°C. De hecho, la mayoría de las especies y la mayor parte de la actividad se limitan a un rango más estrecho de temperaturas. Como regla general, estas temperaturas, a las que es posible la estructura normal y el funcionamiento de las proteínas: de 0 a +50°C.

La temperatura es uno de los factores abióticos importantes que afectan todas las funciones fisiológicas de todos los organismos vivos. La temperatura en la superficie terrestre depende de la latitud geográfica y la altitud sobre el nivel del mar, así como de la época del año. Para una persona con ropa ligera, la temperatura agradable del aire será de + 19...20°C, sin ropa - + 28...31°C.

Cuando los parámetros de temperatura cambian, el cuerpo humano desarrolla reacciones específicas para adaptarse a cada factor, es decir, se adapta.

El factor temperatura se caracteriza por pronunciadas fluctuaciones estacionales y diarias. En varias regiones de la Tierra, este efecto del factor tiene un importante valor de señalización para regular el momento de la actividad de los organismos, asegurando sus modos de vida diarios y estacionales.

Al caracterizar el factor de temperatura, es muy importante tener en cuenta sus indicadores extremos, la duración de su acción y la repetibilidad. Los cambios de temperatura en los hábitats que van más allá de la tolerancia de los organismos provocan su muerte masiva. La importancia de la temperatura radica en el hecho de que cambia la velocidad de los procesos fisicoquímicos en las células, que afectan toda la actividad vital de los organismos.

¿Cómo se produce la adaptación a los cambios de temperatura?

Los principales receptores de frío y calor de la piel regulan la termorregulación del cuerpo. Bajo diferentes influencias de la temperatura, las señales al sistema nervioso central no provienen de receptores individuales, sino de áreas enteras de la piel, los llamados campos receptores, cuyas dimensiones son variables y dependen de la temperatura corporal y del medio ambiente.

La temperatura corporal, en mayor o menor medida, afecta a todo el cuerpo (todos los órganos y sistemas). La relación entre la temperatura del ambiente externo y la temperatura corporal determina la naturaleza de la actividad del sistema de termorregulación.

Ventajosamente, la temperatura ambiente es más baja que la temperatura corporal. Como resultado, el calor se intercambia constantemente entre el medio ambiente y el cuerpo humano debido a su liberación desde la superficie del cuerpo y a través del tracto respiratorio hacia el espacio circundante. Este proceso se denomina comúnmente transferencia de calor. La formación de calor en el cuerpo humano como resultado de procesos oxidativos se denomina generación de calor. En reposo y con salud normal, la cantidad de calor generado es igual a la cantidad de calor transferido. En climas cálidos o fríos, durante la actividad física del cuerpo, enfermedades, estrés, etc. El nivel de generación y transferencia de calor puede variar.

¿Cómo se produce la adaptación a las bajas temperaturas?

Las condiciones en las que el cuerpo humano se adapta al frío pueden ser diferentes (por ejemplo, trabajar en habitaciones sin calefacción, unidades de refrigeración, al aire libre en invierno). Al mismo tiempo, el efecto del frío no es constante, sino que se alterna con el régimen de temperatura normal del cuerpo humano. La adaptación en tales condiciones no se expresa claramente. En los primeros días, en respuesta a las bajas temperaturas, la generación de calor aumenta de forma antieconómica; la transferencia de calor aún no está suficientemente limitada. Después de la adaptación, los procesos de generación de calor se vuelven más intensos y la transferencia de calor disminuye.

De lo contrario, se produce la adaptación a las condiciones de vida en las latitudes del norte, donde una persona se ve afectada no solo por las bajas temperaturas, sino también por el régimen de iluminación y el nivel de radiación solar característicos de estas latitudes.

Qué sucede en el cuerpo humano durante el enfriamiento.

Debido a la irritación de los receptores del frío, cambian las reacciones reflejas que regulan la conservación del calor: los vasos sanguíneos de la piel se estrechan, lo que reduce la transferencia de calor del cuerpo en un tercio. Es importante que los procesos de generación y transferencia de calor estén equilibrados. El predominio de la transferencia de calor sobre la generación de calor conduce a una disminución de la temperatura corporal y a una alteración de las funciones corporales. A una temperatura corporal de 35°C se observan alteraciones mentales. Una mayor disminución de la temperatura ralentiza la circulación sanguínea y el metabolismo, y a temperaturas inferiores a 25°C la respiración se detiene.

Uno de los factores en la intensificación de los procesos energéticos es el metabolismo de los lípidos. Por ejemplo, los exploradores polares, cuyo metabolismo se ralentiza con las bajas temperaturas del aire, tienen en cuenta la necesidad de compensar los costes energéticos. Sus dietas se caracterizan por un alto valor energético (contenido calórico). Los residentes de las regiones del norte tienen un metabolismo más intenso. La mayor parte de su dieta se compone de proteínas y grasas. Por lo tanto, el contenido de ácidos grasos en la sangre aumenta y el nivel de azúcar disminuye ligeramente.

Las personas que se adaptan al clima frío y húmedo y a la deficiencia de oxígeno del Norte también tienen un mayor intercambio de gases, niveles elevados de colesterol en el suero sanguíneo y mineralización de los huesos esqueléticos, y una capa más gruesa de grasa subcutánea (que actúa como aislante térmico).

Sin embargo, no todas las personas son igualmente capaces de adaptarse. En particular, en algunas personas del Norte, los mecanismos de protección y la reestructuración adaptativa del cuerpo pueden causar una mala adaptación, toda una serie de cambios patológicos llamados "enfermedades polares". Uno de los factores más importantes que garantiza la adaptación humana a las condiciones del Extremo Norte es la necesidad del cuerpo de ácido ascórbico (vitamina C), que aumenta la resistencia del cuerpo a varios tipos de infecciones.

Adaptación a las altas temperaturas.

Las condiciones tropicales pueden tener efectos nocivos en el cuerpo humano. Los efectos negativos pueden resultar de factores ambientales severos como la radiación ultravioleta, el calor extremo, los cambios repentinos de temperatura y las tormentas tropicales. En las personas sensibles al clima, la exposición a ambientes tropicales aumenta el riesgo de enfermedades agudas, incluidas enfermedades coronarias, ataques de asma y cálculos renales. Los efectos negativos pueden verse exacerbados por cambios repentinos de clima, como cuando se viaja en avión.

Las altas temperaturas pueden afectar al cuerpo humano en condiciones artificiales y naturales. En el primer caso nos referimos a trabajar en habitaciones con altas temperaturas, alternando con permanecer en condiciones de temperatura confortable.

La alta temperatura ambiente excita los receptores térmicos, cuyos impulsos incluyen reacciones reflejas destinadas a aumentar la transferencia de calor. Al mismo tiempo, los vasos sanguíneos de la piel se expanden, el movimiento de la sangre a través de los vasos se acelera y la conductividad térmica de los tejidos periféricos aumenta de 5 a 6 veces. Si esto no es suficiente para mantener el equilibrio térmico, la temperatura de la piel aumenta y comienza la sudoración refleja, la forma más eficaz de transferencia de calor (la mayor cantidad de glándulas sudoríparas en la piel de las manos, la cara y las axilas). Los habitantes indígenas del Sur tienen un peso corporal medio inferior al de los habitantes del Norte y la grasa subcutánea no está muy desarrollada. Las características morfológicas y fisiológicas son especialmente pronunciadas en poblaciones que viven en condiciones de alta temperatura y falta de humedad (en desiertos y semidesiertos, zonas adyacentes a ellos). Por ejemplo, los nativos de África central, el sur de la India y otras regiones con climas cálidos y secos tienen extremidades largas y delgadas y un peso corporal bajo.

La sudoración intensa durante la estancia de una persona en un clima cálido provoca una disminución de la cantidad de agua en el cuerpo. Para compensar la pérdida de agua es necesario aumentar su consumo. La población local está más adaptada a estas condiciones que la gente que vino de la zona templada. Los aborígenes tienen entre dos y tres veces menos necesidades diarias de agua, así como de proteínas y grasas, ya que tienen un alto potencial energético y aumentan la sed. Dado que el contenido de ácido ascórbico y otras vitaminas solubles en agua en el plasma sanguíneo disminuye como resultado de la sudoración intensa, en la dieta de la población local predominan los carbohidratos, que aumentan la resistencia del cuerpo, y las vitaminas, que le permiten realizar trabajos pesados. trabajo físico durante mucho tiempo.

¿Qué factores determinan la percepción de la temperatura?

El viento mejora la sensación de temperatura de forma más sensible. Con vientos fuertes, los días fríos parecen aún más fríos y los días calurosos parecen aún más calurosos. La humedad también afecta la percepción que tiene el cuerpo de la temperatura. Con mucha humedad, la temperatura del aire parece más baja que en realidad, y con poca humedad ocurre lo contrario.

La percepción de la temperatura es individual. A algunas personas les gustan los inviernos fríos y helados, mientras que a otras les gustan los inviernos cálidos y secos. Esto depende de las características fisiológicas y psicológicas de una persona, así como de la percepción emocional del clima en el que pasó su infancia.

Condiciones naturales y climáticas y salud.

La salud humana depende en gran medida de las condiciones climáticas. Por ejemplo, en invierno la gente sufre con mayor frecuencia resfriados, enfermedades pulmonares, gripe y dolor de garganta.

Las enfermedades asociadas con las condiciones climáticas incluyen principalmente el sobrecalentamiento y la hipotermia. El sobrecalentamiento y la insolación se producen en verano, en un clima caluroso y sin viento. La gripe, los resfriados y el catarro del tracto respiratorio superior, por regla general, ocurren en el período otoño-invierno del año. Algunos factores físicos (presión atmosférica, humedad, movimientos del aire, concentración de oxígeno, grado de perturbación del campo magnético terrestre, nivel de contaminación atmosférica) no sólo tienen un efecto directo en el cuerpo humano. Por separado o en combinación, pueden agravar el curso de enfermedades existentes y preparar ciertas condiciones para la proliferación de patógenos de enfermedades infecciosas. Así, durante la estación fría, debido a la extrema variabilidad climática, las enfermedades cardiovasculares se agravan: hipertensión, angina de pecho, infarto de miocardio. Las infecciones intestinales (fiebre tifoidea, disentería) afectan a las personas durante la estación calurosa. En niños menores de un año, el mayor número de neumonías se registra entre enero y abril.

Para las personas con trastornos del sistema nervioso autónomo o enfermedades crónicas, la adaptación a los factores climáticos cambiantes es difícil. Algunos pacientes son tan sensibles a los cambios climáticos que pueden servir como una especie de barómetros biológicos, prediciendo con precisión el tiempo con varias antelación. Una investigación realizada por la rama siberiana de la Academia de Ciencias Médicas de la Federación de Rusia mostró que entre el 60% y el 65% de las personas que padecen enfermedades cardiovasculares son sensibles a las fluctuaciones de los factores climáticos, especialmente en primavera y otoño, con fluctuaciones significativas en la presión atmosférica, el aire. temperatura y cambios en el campo geomagnético de la Tierra. Cuando los frentes de aire invaden y provocan cambios climáticos contrastantes, se observan con mayor frecuencia crisis de hipertensión, empeora la condición de los pacientes con aterosclerosis cerebral y aumentan los accidentes cardiovasculares.

En la era de la urbanización y la industrialización, la gente pasa la mayor parte de su vida en interiores. Cuanto más tiempo está el cuerpo aislado de los factores climáticos externos y se encuentra en condiciones de microclima interior cómodas o subcómodas, más disminuyen sus reacciones adaptativas a los parámetros climáticos en constante cambio, incluido el debilitamiento de los procesos de termorregulación. Como resultado, se altera el equilibrio dinámico entre el cuerpo humano y el entorno externo, surgen complicaciones en personas con patología cardiovascular: crisis, infarto de miocardio, accidentes cerebrovasculares. Por tanto, es necesario organizar una previsión meteorológica médica moderna como método de prevención de accidentes cardiovasculares.

Casi todas las personas, al llegar a cierta edad, haber experimentado otro estrés o recuperarse de una enfermedad, de repente comienzan a sentir la dependencia de su condición y estado de ánimo de factores ambientales cambiantes. En este caso se suele concluir que el clima afecta a la salud. Al mismo tiempo, otras personas que gozan de una excelente salud y una gran confianza en sus fortalezas y capacidades no se imaginan cómo factores tan insignificantes desde su punto de vista como la presión atmosférica, las perturbaciones geomagnéticas y las anomalías gravitacionales en el sistema solar pueden afectar a una persona. . Además, el grupo de opositores a la influencia de los factores geofísicos en una persona a menudo incluye físicos y geofísicos.

Los principales argumentos de los escépticos son cálculos físicos bastante controvertidos sobre el significado energético del campo electromagnético de la Tierra, así como los cambios en su campo gravitacional bajo la influencia de las fuerzas gravitacionales del Sol y los planetas del sistema solar. Se dice que en las ciudades los campos electromagnéticos industriales son muchas veces más potentes, y el valor del cambio en el campo gravitacional, que es una cifra con ocho ceros después del punto decimal, no tiene ningún significado físico. Los geofísicos, por ejemplo, tienen un punto de vista alternativo sobre la influencia de los factores solares, geofísicos y climáticos en la salud humana.

El cambio climático como amenaza a la salud global

El informe del Panel Intergubernamental sobre Cambio Climático confirmó que existe una gran cantidad de evidencia que muestra el impacto del clima global en la salud humana. La variabilidad y el cambio climático provocan muertes y enfermedades provocadas por desastres naturales como olas de calor, inundaciones y sequías. Además, muchas enfermedades graves son extremadamente sensibles a los cambios de temperatura y patrones de precipitación. Estas enfermedades incluyen enfermedades transmitidas por vectores como la malaria y el dengue, así como la desnutrición y la diarrea, que son otras de las principales causas de muerte. El cambio climático también está contribuyendo al aumento de la carga mundial de morbilidad, una tendencia que se espera que empeore en el futuro.

El impacto del cambio climático en la salud humana no es uniforme en todo el mundo. Se considera que las poblaciones de los países en desarrollo, especialmente los pequeños estados insulares, las zonas áridas y de gran altitud y las zonas costeras densamente pobladas, son particularmente vulnerables.

Afortunadamente, muchos de estos riesgos para la salud pueden evitarse mediante programas e intervenciones de salud existentes. Una acción concertada para fortalecer los elementos centrales de los sistemas de salud y promover vías de desarrollo saludables puede mejorar la salud de la población ahora y al mismo tiempo reducir la vulnerabilidad al cambio climático en el futuro.

conclusiones

Al ser un componente integral de la biosfera de la Tierra, el hombre es una partícula del mundo circundante, profundamente dependiente del curso de los procesos externos. Y por lo tanto, sólo la armonía de los procesos internos del cuerpo con los ritmos del entorno externo, la naturaleza y el espacio puede ser una base sólida para el funcionamiento estable del cuerpo humano, es decir, la base de su salud y bienestar. ser.

Hoy ha quedado claro que son los procesos naturales los que dan a nuestro cuerpo la capacidad de resistir numerosos factores extremos. Y la actividad social humana se convierte en un elemento estresante igualmente poderoso si sus ritmos no obedecen a las fluctuaciones de la biosfera y cósmicas, y especialmente cuando se hace un intento masivo y a largo plazo de subordinar la actividad vital de una persona, su reloj biológico, a ritmos sociales artificiales.

Los cambios en el clima y las condiciones meteorológicas no tienen el mismo efecto en el bienestar de diferentes personas. En una persona sana, cuando hay un cambio de clima o tiempo, los procesos fisiológicos del cuerpo se adaptan oportunamente a las condiciones ambientales modificadas. Como resultado, se mejora la reacción protectora y las personas sanas prácticamente no sienten la influencia negativa del clima. En una persona enferma, las reacciones adaptativas se debilitan, por lo que el cuerpo pierde la capacidad de adaptarse rápidamente. La influencia de las condiciones naturales y climáticas en el bienestar humano también está asociada con la edad y la susceptibilidad individual del cuerpo.

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Escalas de temperatura

Las escalas de temperatura más populares y utilizadas en el mundo son las escalas Celsius y Fahrenheit.

Veamos en orden las escalas disponibles e intentemos compararlas desde el punto de vista de la facilidad de uso y la utilidad práctica. Hay cinco escalas más famosas:

1. Fahrenheit Fue inventado por Fahrenheit, un científico alemán. En uno de los fríos días de invierno de 1709, el mercurio en el termómetro del científico descendió a una temperatura muy baja, que propuso tomar como cero en la nueva escala. Otro punto de referencia fue la temperatura del cuerpo humano. El punto de congelación del agua en su escala era +32° y el punto de ebullición +212°. La escala Fahrenheit no es particularmente reflexiva ni conveniente. Anteriormente se utilizaba mucho en los países de habla inglesa, pero actualmente se utiliza casi exclusivamente en Estados Unidos.

2. Según la escala de Reaumur, inventado por el científico francés René de Reaumur en 1731, el punto de referencia inferior es el punto de congelación del agua. La escala se basa en el uso de alcohol, que se expande cuando se calienta; se tomó un grado como una milésima del volumen de alcohol en el depósito y el tubo a cero. Esta escala ya no se utiliza.

3. Celsius(propuesto por el sueco Anders Celsius en 1742) la temperatura de la mezcla de hielo y agua (la temperatura a la que el hielo se derrite) se toma como cero, el otro punto principal es la temperatura a la que hierve el agua. Se decidió dividir el intervalo entre ellos en 100 partes y se tomó una parte como unidad de medida: un grado Celsius. Esta escala es más racional que la escala Fahrenheit y la escala Reaumur y ahora se utiliza en todas partes.

4. escala kelvin inventado en 1848 por Lord Kelvin (el científico inglés W. Thomson). El punto cero correspondía a la temperatura más baja posible a la que se detiene el movimiento de las moléculas de una sustancia. Este valor se calculó teóricamente al estudiar las propiedades de los gases. En la escala Celsius, este valor corresponde aproximadamente a -273°C, es decir cero Celsius equivale a 273 K. La unidad de medida de la nueva escala era un kelvin (originalmente llamado "grado Kelvin").

5. escala de ranking(llamado así por el físico escocés W. Rankin) tiene el mismo principio que la escala Kelvin y la dimensión es la misma que la escala Fahrenheit. Este sistema prácticamente no estaba muy extendido.

Ymedición de temperatura

En 1597, Galileo Galilei creó el termoscopio. El termoscopio era una pequeña bola de vidrio con un tubo de vidrio soldado que se sumergía en agua. Cuando la bola se enfrió, el agua del tubo subió. A medida que el clima se calentó, el nivel del agua en los tubos bajó. La desventaja del dispositivo era la falta de escala y la dependencia de las lecturas de la presión atmosférica.

Más tarde, los científicos florentinos mejoraron el termoscopio de Galileo añadiendo una escala de cuentas y bombeando el aire del globo. En 1700, el científico Torricelli transformó el termoscopio aéreo. Se dio la vuelta al dispositivo, se retiró el recipiente con agua y se vertió alcohol en el tubo. El funcionamiento del dispositivo se basaba en la expansión del alcohol cuando se calentaba; ahora las lecturas no dependían de la presión atmosférica. Este fue uno de los primeros termómetros líquidos. El termómetro de Torricelli no tenía escala.

En 1714, el científico holandés Fahrenheit fabricó un termómetro de mercurio. Colocó un termómetro en una mezcla de hielo y sal de mesa y marcó la altura de la columna de mercurio en 0 grados. El siguiente punto en Fahrenheit fue la temperatura del cuerpo humano: 96 grados. El propio inventor definió el segundo punto como “la temperatura bajo la axila de un inglés sano”

En 1730, el físico francés R. Reaumur propuso un termómetro de alcohol con puntos de fusión constantes para hielo (0 °R) y agua hirviendo (80 °R). Casi al mismo tiempo, el astrónomo sueco Anders Celsius utilizó un termómetro de mercurio Fahrenheit con su propia escala, donde el punto de ebullición del agua se consideraba 0 grados y el punto de fusión del hielo, 100 grados.

La temperatura es un parámetro importante que determina no solo el curso del proceso tecnológico, sino también las propiedades de una sustancia. Para medir la temperatura en el sistema de unidades SI, se adopta la escala de temperatura con la unidad de temperatura Kelvin (K). El punto de partida de esta escala es el cero absoluto (0 K). Para las mediciones de procesos, a menudo se utiliza una escala de temperatura con una unidad de temperatura de grado Celsius (°C).

Para medir la temperatura se utilizan varios convertidores primarios, que se diferencian en el método de conversión de la temperatura en una señal intermedia. En la industria, los más utilizados son los siguientes convertidores primarios: termómetros de expansión, termómetros manométricos, termómetros de resistencia, termopares (pirómetros termoeléctricos) y pirómetros de radiación. Todos ellos, a excepción de los pirómetros de radiación, están en contacto con el medio medido durante el funcionamiento.

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Información básica sobre temperatura y escalas de temperatura, capacidad de realizar mediciones. Uso de termómetros en la práctica y requisitos para instrumentos de medición incluidos en las normas estatales de los rangos de temperatura correspondientes.

La historia de la invención del termómetro, gracias a las traducciones del legado de los científicos antiguos, se ha conservado bien.

Se describe que el científico y médico griego Galeno hizo el primer intento de medir la temperatura en el año 170 d.C. Documentó la temperatura estándar del agua hirviendo y el hielo.

Medidores de calor

El concepto de medición de temperatura es bastante nuevo. El termoscopio, esencialmente un medidor de calor sin escala, fue el predecesor del termómetro moderno. Hubo varios inventores trabajando en el termoscopio en 1593, pero el más famoso es Galileo Galilei, un inventor italiano que también mejoró (pero no inventó) el termoscopio.

Un termoscopio puede mostrar diferencias de calor, lo que permite a los observadores saber si algo se ha vuelto más cálido o más frío. Sin embargo, un termoscopio no puede proporcionar una temperatura exacta en grados. En 1612, el inventor italiano Santorio añadió su escala numérica al termoscopio y se utilizó para medir la temperatura de una persona. Pero todavía faltaba una escala estandarizada y una precisión.

La invención del termómetro pertenece al físico alemán Gabriel Fahrenheit, quien, junto con el astrónomo danés Olaf Christensen Römer, desarrolló un medidor a base de alcohol.

En 1724, introdujeron la escala de temperatura estándar que lleva su nombre, Fahrenheit, una escala que se utilizaba para registrar los cambios de calor de forma precisa. Su escala se divide 180 grados entre los puntos de congelación y ebullición del agua. El punto de congelación de 32°F para el agua y el punto de ebullición de 212°F para el agua, 0°F, se basaron en el calor de una mezcla igual de agua, hielo y sal. Además, la temperatura del cuerpo humano se toma como base para este sistema simbólico. Originalmente, la temperatura normal del cuerpo humano era de 100°F, pero desde entonces se ha ajustado a 98,6°F. Se utiliza una mezcla igual de agua, hielo y cloruro de amonio para fijarla a 0°F.

Fahrenheit demostró un termómetro a base de alcohol en 1709 antes de descubrir un análogo de mercurio, que resultó ser más preciso.

En 1714, Fahrenheit desarrolló el primer termómetro moderno, un termómetro de mercurio con mediciones más precisas. Se sabe que el mercurio se expande o contrae a medida que aumenta o disminuye el valor físico del calor. Este puede considerarse el primer termómetro de mercurio moderno con una escala estandarizada.

La historia de la invención del termómetro señala que Gabriel Fahrenheit, un físico alemán, inventó el termómetro de alcohol en 1709 y el termómetro de mercurio en 1714.

Tipos de escalas de temperatura

En el mundo moderno, se utilizan ciertos tipos de escalas de temperatura.:

1. La escala Fahrenheit es uno de los tres principales sistemas de símbolos de temperatura que se utilizan en la actualidad, siendo los otros dos Celsius y Kelvin. Fahrenheit es el estándar utilizado para medir la temperatura en los Estados Unidos, pero en la mayor parte del resto del mundo se utiliza Celsius.

2. Poco después del descubrimiento de la escala Fahrenheit, el astrónomo sueco Anders Celsius anunció su escala, que se conoce como Celsius. Se divide en 100 grados, separando el punto de ebullición y el punto de congelación. La escala original establecida por Celsius como 0 como punto de ebullición del agua y 100 como punto de congelación, fue cambiada poco después de la invención de la escala y pasó a ser: 0° C – punto de congelación, 100° C – punto de ebullición.

El término Celsius fue adoptado en 1948 por la Conferencia Internacional sobre Pesas y Medidas y la báscula es el sensor de temperatura preferido para aplicaciones científicas, así como en la mayoría de los países del mundo excepto Estados Unidos.

3. La siguiente escala fue inventada por Lord Kelvin de Escocia con su calibre en 1848, ahora conocida como escala Kelvin. Se basó en la idea del calentamiento teórico absoluto, en el que todas las sustancias no tienen energía térmica. No existen números negativos en la escala Kelvin, 0 K es la temperatura más baja posible en la naturaleza.

El cero absoluto Kelvin significa menos 273,15 °C y menos 459,67 F. La escala Kelvin se utiliza ampliamente en aplicaciones científicas. Las unidades en la escala Kelvin tienen el mismo tamaño que las de la escala Celsius, excepto que la escala Kelvin establece la mayor cantidad.

Factores de conversión para tipos de temperatura

Fahrenheit a Celsius: restar 32, luego multiplicar por 5, luego dividir por 9;

Celsius a Fahrenheit: multiplica por 9, divide por 5 y luego suma 32;

Fahrenheit a Kelvin: restar 32, multiplicar por 5, dividir por 9 y luego sumar 273,15;

Kelvin a Fahrenheit: resta 273,15, multiplica por 1,8 y luego suma 32;

Kelvin a Celsius: suma 273;

Celsius a Kelvin: resta 273.

Los termómetros utilizan materiales que cambian de alguna manera cuando se calientan o enfrían. Los más comunes son el mercurio o el alcohol, donde el líquido se expande cuando se calienta y se contrae cuando se enfría, por lo que la longitud de la columna de líquido es mayor o menor según el calentamiento. Los termómetros modernos están calibrados para temperaturas como Fahrenheit (utilizada en EE. UU.), Celsius (en todo el mundo) y Kelvin (utilizada principalmente por científicos).

El material de este artículo da una idea de un concepto tan importante como la temperatura. Demos una definición, consideremos el principio de cambio de temperatura y el diagrama para construir escalas de temperatura.

¿Qué es la temperatura?

Definición 1

Temperatura es una cantidad física escalar que describe el estado de equilibrio termodinámico de un sistema macroscópico de cuerpos.

El concepto de temperatura también se utiliza como una cantidad física que determina el grado de calentamiento de un cuerpo, pero tal interpretación no es suficiente para comprender el significado del término. Todos los conceptos físicos están relacionados con ciertas leyes fundamentales y reciben significado sólo de acuerdo con estas leyes. En este caso, el término temperatura está asociado al concepto de equilibrio térmico y a la ley de irreversibilidad macroscópica.

El fenómeno del equilibrio termodinámico de los cuerpos que componen el sistema indica la presencia de la misma temperatura de estos cuerpos. La temperatura sólo se puede medir indirectamente, tomando como base la dependencia de la temperatura de las propiedades físicas de los cuerpos que se pueden medir directamente.

Definición 2

Las sustancias o cuerpos utilizados para obtener un valor de temperatura se llaman termométrico.

Digamos que dos cuerpos aislados térmicamente se ponen en contacto térmico. Un cuerpo transferirá un flujo de energía a otro: se iniciará el proceso de transferencia de calor. En este caso, el cuerpo que emite calor tiene una temperatura correspondientemente más alta que el cuerpo que “recibe” el flujo de calor. Es obvio que después de un tiempo el proceso de transferencia de calor se detendrá y se producirá el equilibrio térmico: se supone que las temperaturas de los cuerpos están igualadas entre sí, sus valores estarán en algún lugar en el intervalo entre los valores de temperatura iniciales. . Por tanto, la temperatura sirve como marcador del equilibrio térmico. Resulta que cualquier valor t que cumpla los requisitos:

t 1 > t 2 , cuando se produce transferencia de calor del primer cuerpo al segundo;
t 1 " = t 2 " = t , t 1 > t > t 2 , cuando se establece el equilibrio térmico, se puede tomar como temperatura.

También observamos que el equilibrio térmico de los cuerpos está sujeto a la ley de transitividad.

Definición 3

Ley de transitividad: cuando dos cuerpos están en equilibrio con un tercero, entonces están en equilibrio térmico entre sí.

Una característica importante de esta definición de temperatura es su ambigüedad. Al elegir diferentes valores para cumplir con los requisitos establecidos (que afectarán la forma en que se mide la temperatura), es posible obtener escalas de temperatura divergentes.

Definición 4

La escala de temperatura es un método para dividir un intervalo de temperatura en partes.

Veamos un ejemplo.

Ejemplo 1

Un dispositivo muy conocido para medir la temperatura es un termómetro. Para considerarlo, tomemos los termómetros de varios dispositivos. El primero está representado por una columna de mercurio en el capilar del termómetro, y el valor de la temperatura aquí está determinado por la longitud de esta columna, que cumple las condiciones 1 y 2 indicadas anteriormente.

Y una forma más de medir la temperatura: utilizando un termopar: un circuito eléctrico con un galvanómetro y dos uniones de metales diferentes (Figura 1 ).

Foto 1

Una unión se encuentra en un entorno con una temperatura fija (en nuestro ejemplo, hielo derritiéndose), la otra está en un entorno cuya temperatura debe determinarse. Aquí, un signo de temperatura es la fem del termopar.

Estos métodos para medir la temperatura no darán los mismos resultados. Y para pasar de una temperatura a otra, se debe construir una curva de calibración que establezca la dependencia de la fem del termopar de la longitud de la columna de mercurio. En este caso, la escala uniforme de un termómetro de mercurio se convierte en una escala desigual de un termopar (o viceversa). Las escalas uniformes de medición de temperatura de un termómetro de mercurio y un termopar crean dos escalas de temperatura completamente diferentes en las que un cuerpo en el mismo estado tendrá temperaturas diferentes. También es posible considerar termómetros que son idénticos en diseño, pero que tienen diferentes "cuerpos térmicos" (por ejemplo, mercurio y alcohol): en este caso no observaremos las mismas escalas de temperatura. La gráfica de la longitud de la columna de mercurio versus la longitud de la columna de alcohol no será lineal.

De lo anterior podemos concluir que el concepto de temperatura, basado en las leyes del equilibrio térmico, es ambiguo. Esta temperatura es empírica y depende del método de medición. Se toma un punto arbitrario como el "cero" de la escala de temperatura empírica. Según la definición de temperatura empírica, sólo la diferencia de temperatura o su cambio tiene significado físico. Cualquier escala de temperatura empírica se convierte en una escala de temperatura termodinámica mediante correcciones que tienen en cuenta la naturaleza de la relación entre la propiedad termométrica y la temperatura termodinámica.

Para construir una escala de temperatura para la medición, se asignan dos puntos de referencia fijos a dos valores numéricos de temperatura. Después de esto, la diferencia en los valores numéricos asignados a los puntos de referencia se divide en el número requerido de partes elegidas al azar, dando como resultado una unidad de medida de temperatura.

Los valores iniciales utilizados como punto de partida y unidad de medida son las temperaturas de transición de sustancias químicamente puras de un estado de agregación a otro, por ejemplo, la temperatura de fusión del hielo t 0 y el punto de ebullición del agua t k en condiciones normales. presión atmosférica (Pa ≈ 10 5 Pa ). Las cantidades t 0 y t k tienen diferentes significados en diferentes tipos de escalas de medición de temperatura:

Según la escala Celsius (escala centígrada): el punto de ebullición del agua tk = 100 ° C, el punto de fusión del hielo t0 = 0 ° C. En la escala Celsius, la temperatura del punto triple del agua es 0,01 ° C en una presión de 0,06 atm.

Definición 5

Triple punto de agua- una temperatura y presión tales a las que los tres estados agregados del agua puedan existir en equilibrio simultáneamente: líquido, sólido (hielo) y vapor.

Según la escala Fahrenheit: el punto de ebullición del agua tk = 212 °F; temperatura de fusión del hielo t 0 = 32 ° C.

La diferencia de temperaturas expresadas en grados Celsius y Fahrenheit se nivela según la siguiente expresión:

t°C 100 = t°F - 32.180 o t°F = 1,8°C + 32.

El cero en esta escala se define como el punto de congelación de una mezcla de agua, amoníaco y sal, tomada en una proporción de 1:1:1.

Según la escala Kelvin: punto de ebullición del agua t k = 373 K; temperatura de fusión del hielo t 0 = 273 K. Aquí la temperatura se mide desde el cero absoluto (t = 273,15 ° C) y se llama temperatura termodinámica o absoluta. T = 0 K – este valor de temperatura corresponde a la ausencia absoluta de fluctuaciones térmicas.

Los valores de temperatura en la escala Celsius y en la escala Kelvin están relacionados entre sí según la siguiente expresión:

T(K) = t°C + 273,15°C.

Según la escala de Reaumur: punto de ebullición del agua tk = 80 ° R; temperatura de fusión del hielo t 0 = 0 ° R. El termómetro de Réaumur usaba alcohol; Actualmente la báscula casi no se utiliza.

Las temperaturas expresadas en grados Celsius y grados Réaumur se relacionan de la siguiente manera:

1°C = 0,8°R.

Según la escala de Rankine: punto de ebullición del agua t k = 671,67° R a ; temperatura de fusión del hielo t0 = 491,67 ° R a. El inicio de la escala corresponde al cero absoluto. El número de grados entre los puntos de referencia del agua helada y hirviendo en la escala Rankine es idéntico a la escala Fahrenheit y es igual a 180.

Las temperaturas Kelvin y Rankine están relacionadas por:

°R a = °F + 459,67.

Los grados Fahrenheit se pueden convertir a grados Rankine según la fórmula:

°R a = °F + 459,67.

La escala Celsius es más aplicable en la vida cotidiana y en dispositivos técnicos (la unidad de escala son grados Celsius, indicados como °C).

En física, se utiliza la temperatura termodinámica, que no solo es conveniente, sino que también tiene un profundo significado físico, ya que se define como la energía cinética promedio de una molécula. La unidad de temperatura termodinámica es el grado Kelvin (hasta 1968) o ahora simplemente Kelvin (K), que es una de las unidades básicas en CI. La temperatura T = 0 K se llama temperatura del cero absoluto, como se mencionó anteriormente.

En general, la termometría moderna se basa en la escala de gases ideales: el valor termométrico se toma como presión. La escala del termómetro de gas es absoluta (T = 0, p = 0). Al resolver problemas prácticos, la mayoría de las veces es necesario utilizar esta escala de temperatura.

Ejemplo 2

Se acepta que la temperatura ambiente cómoda para una persona está en el rango de + 18 ° C a + 22 ° C. Es necesario calcular los límites del intervalo de temperatura de confort según la escala termodinámica.

Solución

Tomemos como base la relación T (K) = t ° C + 273,15 ° C.

Calculemos los límites inferior y superior de temperatura de confort en una escala termodinámica:

T = 18 + 273 ≈ 291 (K); T = 22 + 273 ≈ 295 (K).

Respuesta: Los límites del intervalo de temperatura de confort en la escala termodinámica se encuentran en el rango de 291 K a 295 K.

Ejemplo 3

Es necesario determinar a qué temperatura las lecturas del termómetro en la escala Celsius y en la escala Fahrenheit serán las mismas.

Solución

Figura 2

Tomemos como base la relación t ° F = 1,8 t ° C + 32.

Según las condiciones del problema, las temperaturas son iguales, entonces es posible formular la siguiente expresión:

x = 1,8 x + 32.

Definamos la variable x del registro resultante:

x = - 32 0, 8 = - 40°C.

Respuesta: a una temperatura de - 40 ° C (o - 40 ° F), las lecturas del termómetro en las escalas Celsius y Fahrenheit serán las mismas.

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También se llama temperatura a una cantidad física que caracteriza el grado de calentamiento de un cuerpo, pero esto no es suficiente para comprender el significado y significado del concepto de temperatura. En esta frase sólo hay sustitución de un término por otro y no más comprensible. Por lo general, los conceptos físicos están asociados con algunas leyes fundamentales y adquieren significado sólo en relación con estas leyes. El concepto de temperatura está asociado al concepto de equilibrio térmico y, por tanto, a la ley de irreversibilidad macroscópica.

cambio de temperatura

En un estado de equilibrio termodinámico, todos los cuerpos que forman el sistema tienen la misma temperatura. La temperatura sólo se puede medir indirectamente, basándose en la dependencia de la temperatura de las propiedades físicas de los cuerpos que se pueden medir directamente. Las sustancias (cuerpos) utilizadas para ello se denominan termométricas.

Dejemos que dos cuerpos aislados térmicamente entren en contacto térmico. Un flujo de energía pasará de un cuerpo a otro y se producirá el proceso de transferencia de calor. En este caso, se cree que el cuerpo que desprende calor tiene una temperatura más alta que el cuerpo hacia el que se precipita el flujo de calor. Naturalmente, después de un tiempo, el flujo de energía se detiene y se produce el equilibrio térmico. Se supone que las temperaturas corporales se igualan y se estabilizan en algún punto del intervalo entre los valores de temperatura iniciales. Entonces resulta que la temperatura es un cierto marcador del equilibrio térmico. Resulta que cualquier valor t que satisfaga los requisitos:

$t_1>t_2$, si el flujo de calor va del primer cuerpo al segundo;
$t"_1=t"_2=t,\ t_1 > t > t_2$, se puede tomar como temperatura cuando se establece el equilibrio térmico.

Se supone que el equilibrio térmico de los cuerpos obedece a la ley de transitividad: si dos cuerpos están en equilibrio con un tercero, entonces están en equilibrio térmico entre sí.

La característica más importante de la definición anterior de temperatura es su ambigüedad. Podemos elegir las cantidades que satisfacen los requisitos de diferentes maneras (lo que se reflejará en la forma en que medimos la temperatura) y terminar con escalas de temperatura divergentes. Las escalas de temperatura son formas de dividir intervalos de temperatura en partes.

Pongamos ejemplos. Como sabes, un dispositivo para medir la temperatura es un termómetro. Consideremos dos tipos de termómetros de diferentes dispositivos. En uno, el papel de la temperatura corporal lo desempeña la longitud de la columna de mercurio en el capilar del termómetro, en el caso de que el termómetro esté en equilibrio térmico con el cuerpo cuya temperatura estamos midiendo. La longitud de la columna de mercurio satisface las condiciones 1 y 2, que se dan arriba y se aplican a la temperatura.

Hay otra forma de medir la temperatura: usando un termopar. Un termopar es un circuito eléctrico con un galvanómetro y dos uniones de metales diferentes (Fig. 1). Una unión se coloca en un medio con una temperatura fija, por ejemplo hielo derretido, la otra en un medio cuya temperatura debe determinarse. En este caso, se considera que el indicador de temperatura es la fem del termopar. Estos dos métodos de medir la temperatura no darán los mismos resultados. Y para pasar de una temperatura a otra, es necesario construir una curva de calibración que establezca la dependencia de la fem del termopar de la longitud de la columna de mercurio. Luego, la escala uniforme del termómetro de mercurio se convierte en una escala desigual del termopar (o viceversa). Las escalas uniformes de un termómetro de mercurio y de un termopar forman dos escalas de temperatura completamente diferentes, en las que un cuerpo en el mismo estado tendrá temperaturas diferentes. Puede tomar termómetros del mismo diseño, pero con diferentes "cuerpos térmicos" (por ejemplo, mercurio y alcohol). Sus escalas de temperatura tampoco coincidirán. La gráfica de la longitud de la columna de mercurio versus la longitud de la columna de alcohol no será lineal.

De ello se deduce que el concepto de temperatura, basado en las leyes del equilibrio térmico, no es único. Esta temperatura se llama empírica y depende del método de medición de la temperatura. El cero de la escala de temperatura empírica siempre se fija de forma arbitraria. Según la definición de temperatura empírica, sólo la diferencia de temperatura, es decir, su cambio, tiene significado físico. Cualquier escala de temperatura empírica se reduce a una escala de temperatura termodinámica mediante la introducción de correcciones que tienen en cuenta la naturaleza de la relación entre la propiedad termométrica y la temperatura termodinámica.

Escalas de temperatura

Para construir una escala de temperatura, se asignan valores numéricos de temperatura a dos puntos de referencia fijos. Luego, divida la diferencia de temperatura entre los puntos de referencia en un número de partes seleccionadas al azar, obteniendo una unidad de medida de temperatura. Como valores iniciales que sirven al construir una escala de temperatura para establecer el origen y su unidad - grados, se utilizan las temperaturas de transición de sustancias químicamente puras de un estado de agregación a otro, por ejemplo, la temperatura de fusión del hielo $t_0 $ y el punto de ebullición del agua $t_k$ a presión atmosférica normal ($\aprox 10^5Pa).$ Las cantidades $t_0\ y\ t_k$ tienen diferentes significados:

en la escala Celsius (escala centígrada): punto de ebullición del agua $t_k=100^0C$, punto de fusión del hielo $t_0=0^0C$. La escala Celsius es una escala en la que la temperatura del punto triple del agua es 0,010C a una presión de 0,06 atm. (El punto triple del agua es una determinada temperatura y presión a la que el agua, su vapor y el hielo pueden existir simultáneamente en equilibrio).
en la escala Fahrenheit, el punto de ebullición del agua $t_k=212^0F;$ $t_0$=3$2^0F$ -- el punto de fusión del hielo;

La relación entre las temperaturas expresadas en grados Celsius y Fahrenheit es:

\[\frac(t^0C)(100)=\frac(t^0F-32)(180)\ \ o\ t^0F=1.8t^0C+32\ \left(1\right);\ ]

El cero en esta escala está determinado por el punto de congelación de una mezcla de agua, sal y amoníaco en una proporción de 1:1:1.

en la escala Kelvin: la temperatura se mide desde el cero absoluto (t=-273,50C) y se llama temperatura termodinámica o absoluta. T=0K es un estado correspondiente a la ausencia total de fluctuaciones térmicas. El punto de ebullición del agua en esta escala es $t_k=373K$, el punto de fusión del hielo es $t_0=273K$. Relación entre la temperatura Kelvin y la temperatura Celsius:
Según la escala de Reaumur, el punto de ebullición del agua es $t_k=80^0R$, el punto de fusión del hielo es $t_0=0^0R.$ La escala está prácticamente en desuso. La relación entre las temperaturas expresadas en grados Celsius y grados Réaumur:

El termómetro de Reaumur usaba alcohol.

Según la escala de Rankine, el punto de ebullición del agua es $t_k=671,67^(0\ )Ra$, el punto de fusión del hielo es $t_0=(491,67)^0Ra.$ La escala comienza desde el cero absoluto. El número de grados entre los puntos de congelación y ebullición del agua en las escalas Fahrenheit y Rankine es el mismo e igual a 180.

La relación entre kelvin y grados Rankine: 1K=1.$8^(0\ )Ra$, los grados Fahrenheit se convierten a grados Rankine usando la fórmula:

\[^0Ra=^0F+459.67\left(4\right);\]

En la tecnología y en la vida cotidiana, las temperaturas se utilizan en la escala Celsius. La unidad de esta escala se llama grado Celsius ($^0C).\ $ En física se usa la temperatura termodinámica, que no solo es más conveniente, sino que también tiene un significado físico profundo, ya que está determinada por la energía cinética promedio. de la molécula. La unidad de temperatura termodinámica, el grado kelvin (hasta 1968), o ahora simplemente kelvin (K), es una de las unidades básicas del SI. La temperatura T=0K se llama temperatura del cero absoluto. La termometría moderna se basa en la escala de gases ideales, donde se utiliza la presión como magnitud termométrica. La escala del termómetro de gas es absoluta (T=0, p=0). Al resolver problemas, la mayoría de las veces tendrá que utilizar esta escala de temperatura.