Escalas de temperatura

¿Cómo se convierte una temperatura entre Celsius, Fahrenheit y kelvin?

Las tres escalas habituales son Fahrenheit, Celsius y kelvin. Se arman con dos temperaturas que se pueden repetir en el laboratorio. Casi siempre se usan la congelación y la ebullición del agua a la presión atmosférica estándar. En Celsius, el agua se congela a 0 °C y hierve a 100 °C. El kelvin corre con el mismo tamaño de grado y pone el cero en el cero absoluto: 0 K. La congelación y la ebullición del agua quedan en 273.15 K y 373.15 K. ^{1 2}

La tabla de conversiones es corta. De Celsius a kelvin, $T_K = T_C + 273.15$. De kelvin a Celsius, se resta 273.15. De Fahrenheit a Celsius, $T_C = \frac{5}{9}(T_F - 32)$. De Celsius a Fahrenheit, $T_F = \frac{9}{5}T_C + 32$. Como el kelvin y el grado Celsius tienen el mismo tamaño, un cambio de temperatura cumple $\Delta T_C = \Delta T_K$. Eso no pasa con Fahrenheit: un intervalo hay que pasarlo con el factor $\frac{5}{9}$ o $\frac{9}{5}$, sin sumar 32. El 32 solo mueve el cero cuando conviertes una temperatura, no un cambio. ²

En los gases y en la dilatación el dato que entra a la fórmula a veces es el intervalo y a veces es la temperatura absoluta. Mezclarlos es el error que más puntos cuesta. La temperatura del calor se puede leer en cualquiera de las tres, siempre que la compares en la misma escala.

Ideas clave

• Tres escalas. Fahrenheit, Celsius y kelvin. Celsius pone 0 en la congelación del agua y 100 en la ebullición. ¹
• Kelvin. El 0 K es el cero absoluto. El agua se congela a 273.15 K y hierve a 373.15 K. ²
• Celsius y kelvin. $T_K = T_C + 273.15$. Un intervalo vale igual: $\Delta T_C = \Delta T_K$. ²
• Fahrenheit. Resta 32 y multiplica por $\frac{5}{9}$ para llegar a Celsius. El 32 no entra en un cambio de temperatura. ²

Ejemplos resueltos

De Celsius a kelvin

Una muestra está a 37 °C. ¿Cuánto es en kelvin?

1. La fórmula suma, no resta: $T_K = 37 + 273.15$. ²
2. $T_K = 310.15$ K.
3. Si el reactivo dice "aproximadamente" y usa 273, $37 + 273 = 310$. El libro usa 273.15. No restes: $37 - 273$ es un número negativo y no es una temperatura kelvin de un día templado.

68 °F a Celsius

Un termómetro marca 68 °F.

1. $T_C = \frac{5}{9}(68 - 32) = \frac{5}{9}(36)$. ²
2. $T_C = 20$ °C.
3. Sumar 32 en vez de restarlo, o usar $\frac{9}{5}$, invierte la conversión y no da 20.

Un intervalo no se desplaza

El agua de una olla sube de 20 °C a 80 °C. ¿Cuánto es el cambio en kelvin?

1. $\Delta T_C = 60$ °C. ²
2. Como los grados tienen el mismo tamaño, $\Delta T_K = 60$ K. No sumes 273.15 a los 60. ²
3. Las temperaturas absolutas sí se desplazan: 20 °C es 293.15 K y 80 °C es 353.15 K. La resta de esas dos es otra vez 60.

Errores comunes

Restar 273.15 para "pasar a kelvin". Esa resta es el camino de vuelta, de kelvin a Celsius. De Celsius a kelvin se suma. ²

Sumar 273 a un cambio de temperatura. $\Delta T$ ya está en el tamaño correcto. El 273.15 solo acomoda el cero de una temperatura leída en Celsius. ²

Usar $\frac{5}{9}$ sin restar 32, o restar 32 y no multiplicar. Las dos operaciones van juntas cuando conviertes una lectura Fahrenheit. En un intervalo Fahrenheit se multiplica y no se resta 32. ²

Tratar 0 °C como cero absoluto. 0 °C es la congelación del agua, que son 273.15 K. El cero absoluto es 0 K. ²

Cómo lo pregunta el examen

Si dan una temperatura ambiente en Celsius y piden kelvin, suma 273.15. Cuando el enunciado dice "aproximadamente", 27 °C queda en 300 K porque $27 + 273 = 300$, y el valor del libro es 300.15 K. Las opciones suelen incluir 246 K, que es lo que sale si restas. ²

Si dan Fahrenheit, resta 32 y multiplica por $\frac{5}{9}$. No apliques esa fórmula a un dato que ya está en Celsius. ²

Si preguntan la expresión, la correcta es $T_K = T_C + 273$. Una opción con resta, o con un factor $\frac{5}{9}$, convierte otra pareja de escalas. ²

Si el dato es un calentamiento, un $\Delta T$, no sumes 273. En kelvin y en Celsius el cambio es el mismo número. ²

Resumen

• Celsius, Fahrenheit y kelvin son tres lecturas de la misma temperatura.
• $T_K = T_C + 273.15$, y 0 K es el cero absoluto.
• Un intervalo en Celsius vale igual en kelvin.
• De Fahrenheit a Celsius se resta 32 y se multiplica por $\frac{5}{9}$.
• El 32 y el 273.15 mueven el cero de una lectura, no de un cambio.