Temperatura y escalas termométricas
La temperatura es una magnitud referida a las nociones comunes de caliente, tibio, frío que puede ser medida, específicamente, con un termómetro. En física, se define como una magnitud escalar relacionada con la energía interna de un sistema termodinámico, definida por el principio cero de la termodinámica. Más específicamente, está relacionada directamente con la parte de la energía interna conocida como "energía cinética", que es la energía asociada a los movimientos de las partículas del sistema, sea en un sentido traslacional, rotacional, o en forma de vibraciones. A medida de que sea mayor la energía cinética de un sistema, se observa que éste se encuentra más
Escala celsius o centígrada
Termómetro Fahrenheit Celsius de pared.
El
científico sueco Andes Celsius (1701-1744) construyó por primera vez la escala termométrica que lleva su nombre. Eligió
como puntos fijos el de fusión del hielo y el de ebullición del agua, tras
advertir que las temperaturas a las que se verificaban tales cambios de estado
eran constantes a la presión atmosférica. Asignó al primero el valor 0 y al
segundo el valor 100, con lo cual fijó el valor del grado Celsius (°C) como la
centésima parte del intervalo de temperatura comprendido entre esos dos puntos
fijos. Para esta escala, estos valores se escriben como 100 °C y 0 °C y se leen
100 grados Celsius y 0 grados Celsius, respectivamente.
Escala fahrenheit
Grado
Fahrenheit.
En
los países anglosajones se pueden encontrar aún termómetros graduados en grado
Fahrenheit (°F), propuesta por Gabriel Fahrenheit en 1724. La escala Fahrenheit
difiere de la Celsius tanto en los valores asignados a los puntos fijos, como
en el tamaño de los grados. En la escala Fahrenheit los puntos fijos son los de
ebullición y fusión de una disolución de cloruro amónico en agua. Así al primer
punto fijo se le atribuye el valor 32 y al segundo el valor 212. Para pasar de
una a otra escala es preciso emplear la ecuación:
t(°F)
= (9/5) * t(°C) + 32 o t(°C) = (5/9) * [t(°F) - 32]
donde
t(°F) representa la temperatura expresada en grados Fahrenheit y t(°C) la
expresada en grados Celsius. Su utilización se circunscribe a los países
anglosajones y a Japón, aunque existe una marcada tendencia a la unificación de
sistemas en la escala Celsius.
Escala
kelvin o absoluta
Se
comparan las escalas Celsius y Kelvin mostrando los puntos de referencia
anteriores a 1954 y los posteriores para mostrar cómo ambas convenciones
coinciden. De color negro aparecen el punto triple del agua (0,01 °C, 273,16 K)
y el cero absoluto (-273,15 °C, 0 K). De color gris los puntos de congelamiento
(0,00 °C, 273,15 K) y ebullición del agua (100 °C, 373,15 K). Si bien en la
vida diaria las escalas Celsius y Fahrenheit son las más importantes, en ámbito
científico se usa otra, llamada "absoluta" o Kelvin, en honor a sir
Lord Kelvin. En la escala absoluta, al 0 °C le hace corresponder 273,15 K,
mientras que los 100 °C se corresponden con 373,15 K. Se ve inmediatamente que
0 K está a una temperatura que un termómetro centígrado señalará como -273,15
°C. Dicha temperatura se denomina "cero absoluto". (García, 2015)
Se
puede notar que las escalas Celsius y Kelvin poseen la misma sensibilidad. Por
otra parte, esta última escala considera como punto de referencia el punto
triple del agua que, bajo cierta presión, equivale a 0.01 °C. La escala de
temperaturas adoptada por el Sistema Internacional de Unidades es la llamada
escala absoluta o Kelvin. En ella el tamaño de los grados es el mismo que en la
Celsius, pero el cero de la escala se fija en el - 273,15 °C. Este punto
llamado cero absolutos de temperaturas es tal que a dicha temperatura
desaparece la agitación molecular, por lo que, según el significado que la
teoría cinética atribuye a la magnitud temperatura, no tiene sentido hablar de
valores inferiores a él. El cero absoluto constituye un límite inferior natural
de temperaturas, lo que hace que en la escala Kelvin no existan temperaturas
bajo cero (negativas). La relación con la escala Celsius viene dada por la
ecuación:
T(K)
= t(°C) + 273,15 o t(°C) = T(K) - 273,15
T(K)
= (5/9) * [t(°F) + 459,67] o t(°F) = (9/5) * T(K) - 459,67
siendo
T(K) la temperatura expresada en kelvin.
Mecanismos de propagación del calor
Conducción:
La conducción es la manera de transferir calor
desde una masa de temperatura más elevada a otra de temperatura inferior por
contacto directo. El coeficiente de conducción de un material mide la capacidad
del mismo para conducir el calor a través de la masa del mismo. Los materiales
aislantes tienen un coeficiente de conducción pequeño por lo que su capacidad
para conducir el calor es reducida, de ahí su utilidad.
Convección:
La
transmisión de calor por convección es un intercambio de calor entre el aire y
una masa material que se encuentran a diferentes temperaturas. El transporte
del calor se produce por movimientos naturales debidos a la diferencia de
temperaturas, el aire caliente tiende a subir y el aire frío baja, o bien
mediante mecanismos de convección forzada.
Radiación:
Entalpia y
entropía
Entropía
En
termodinámica, la entropía (simbolizada como S) es una magnitud física que, mediante
cálculo, permite determinar la parte de la energía que no puede utilizarse para
producir trabajo. Es una función de estado de carácter extensivo y su valor, en
un sistema aislado, crece en el transcurso de un proceso que se dé de forma
natural. La entropía describe lo irreversible de los sistemas termodinámicos.
La palabra entropía procede del griego (ἐντροπία) y significa evolución o
transformación. Fue Rudolf Clausius quien le dio nombre y la desarrolló durante
la década de 1850;1 2 y Ludwig Boltzmann, quien encontró en 1877 la manera de
expresar matemáticamente este concepto, desde el punto de vista de la
probabilidad
Entalpía
Es
una magnitud termodinámica, simbolizada con la letra H mayúscula, cuya
variación expresa una medida de la cantidad de energía absorbida o cedida por
un sistema termodinámico, es decir, la cantidad de energía que un sistema
intercambia con su entorno. En la historia de la termodinámica se han utilizado
distintos términos para denotar lo que hoy conocemos como entalpía. Originalmente
se pensó que esta palabra fue creada por Émile Clapeyron y Rudolf Clausius. En
palabras más concretas, es una función de estado de la termodinámica donde la
variación permite expresar la cantidad de calor puesto en juego durante una
transformación isobárica, es decir, a presión constante en un sistema
termodinámico, teniendo en cuenta que todo objeto conocido se puede entender
como un sistema termodinámico. Se trata de una transformación en el curso de la
cual se puede recibir o aportar energía (por ejemplo la utilizada para un
trabajo mecánico). En este sentido la entalpía es numéricamente igual al calor
intercambiado con el ambiente exterior al sistema en cuestión. Dentro del
Sistema Internacional de Unidades, la entalpía se mide habitualmente en joules
que, en principio, se introdujo como unidad de trabajo
Reacciones
químicas endotérmicas y exotérmicas
En
todas las reacciones químicas se manifiestan cambios de energía y la
termoquímica estudia los cambios energéticos y las relaciones de masa que
ocurren éstas. Esta energía puede ser absorbida o liberada en forma de energía
térmica, luz, electricidad y mecánica. Cuando una reacción libera energía en
forma de calor o energía térmica al entorno se dice que la reacción es exotérmica
y cuando la energía es suministrada del entorno para que se efectúe la reacción
es endotérmica. En una reacción exotérmica la energía contenida en los
reactivos es mayor que la requerida en la formación de los productos, por esta
razón la energía no utilizada se libera.
Reacción
exotérmica
En el caso de una reacción exdotérmica la cantidad de energía contenida en los reactivos es menor, con respecto a la necesaria para la formación de los productos, por esta razón es necesario suministrar constantemente energía del entorno para que la reacción progrese.
Reacción endotérmica
Cuando los cambios químicos ocurren a presión
constante (presión atmosférica), la energía suministrada o liberada en forma de
calor no sólo producirá un cambio en la energía interna del sistema, sino que
también se empleará para realizar trabajo, de esta forma, resulta más
conveniente utilizar la entalpía H, la que toma en cuenta que el destino del
calor, puede ser para realizar trabajo. (García, 2015)
∆H0reacción
= ∆Hproductos - ∆Hreactivos
Temperatura
La
temperatura corporal depende de las condiciones de temperatura ambiental y de
actividad física, ya que de la energía total liberada durante el metabolismo se
emplea aproximadamente una quinta parte en el trabajo y lo demás se libera en
forma de calor; este calor debe ser disipado para mantener las condiciones de
temperatura adecuadas en el cuerpo humano. Hay dos tipos de temperaturas, la
temperatura central (núcleo: cerebro, grandes vasos, vísceras, músculo
profundo, sangre) se mantiene constante. La temperatura periférica (piel,
mucosas, músculos, extremidades, etc.) es variable. La temperatura normal del
cuerpo de una persona varía dependiendo de su género, su actividad reciente, el
consumo de alimentos y líquidos, la hora del día y, en las mujeres, de la fase
del ciclo menstrual en la que se encuentren.
Proceso
mediante el cual un grupo de seres vivos denominados homeotermos mantienen su
temperatura corporal dentro de unos límites, independientemente de la
temperatura ambiental. El proceso consume energía química procedente de los
alimentos ya que estos organismos tienen mecanismos para producir calor en
ambientes fríos o para ceder calor en ambientes cálidos, conocidos en su
conjunto como termorregulación. Estos mecanismos están situados en el
hipotálamo, la piel, el aparato respiratorio, etc.
Radiación
térmica o calorífica
Se
denomina radiación térmica o radiación calorífica a la emitida por un cuerpo
debido a su temperatura. Todos los cuerpos emiten radiación electromagnética,
siendo su intensidad dependiente de la temperatura y de la longitud de onda
considerada. En lo que respecta a la transferencia de calor la radiación
relevante es la comprendida en el rango de longitudes de onda de 0,1µm a 100µm,
abarcando por tanto parte de la región ultravioleta, la visible y la infrarroja
del espectro electromagnético.
La
materia en un estado condensado (sólido o líquido) emite un espectro de
radiación continuo. La frecuencia de onda emitida por radiación térmica es una
función de densidad de probabilidad que depende solo de la temperatura
Evaporación
La evaporación es un proceso físico en el que un líquido y un sólido se convierten gradualmente en gas. Considerando que en este proceso el agua se calienta al absorber energía calórica del sol tomando en cuenta que esta, la fuente de energía del sol y que esto permite culminar la fase. La energía necesaria para que un gramo de agua se convierta en vapor es de 540 calorías a 100 ºC valor conocido cómo calor de evaporación. Al ocurrir la evaporación la temperatura del aire baja.
Sudor
Es
la producción y evaporación de un fluido, que consiste principalmente de agua,
así como una cantidad más pequeña de cloruro de sodio (el componente principal
de la "sal de mesa"), a través de las glándulas sudoríparas de la
piel de los mamíferos. El sudor también contiene los productos químicos u
odorantes 2-metilfenol (o-cresol) y 4-metilfenol (p-cresol).
En los huma nos, la sudoración es principalmente un medio de termorregulación, aunque se haya propuesto que los componentes del sudor del macho pueden actuar como feromonas. La evaporación del sudor en la superficie de la piel tiene un efecto refrescante debido al calor latente de la evaporación del agua. De ahí que, en ambientes calurosos, o cuando los músculos del individuo se calientan debido al esfuerzo, se produzca más sudor. La sudoración aumenta con el nerviosismo y las náuseas, y disminuye con el frío. Los animales con pocas glándulas sudoríparas, como los perros, llevan a cabo una regulación de temperatura similar mediante el jadeo, que evapora el agua de la mucosa húmeda de la cavidad bucal y la faringe. Los primates y los caballos tienen axilas, que sudan de manera similar a las de los humanos.
Regulacion del calor en
animales
Termoregulación
El
ser humano es un organismo homeotermo y endotermo, lo cual implica que, a pesar
de grandes variaciones en la temperatura ambiental, la producción de calor
interna equilibra la pérdida de calor dando como resultado una temperatura
corporal estable. Este equilibrio se conoce como balance calórico o flujo
calórico. Su control es efectuado eficazmente a través de la modulación del
comportamiento (como, por ejemplo, cambio de ropa) y de mecanismos fisiológicos
(como, por ejemplo, sudoración, tiritación).
La
temperatura considerada regular de organismo humano varía dependiendo de su
sexo, su actividad reciente, el consumo de alimentos y líquidos, la hora del
día y, en las mujeres, de la fase del ciclo menstrual en la que se encuentren.
Tradicionalmente la Medicina considera que la temperatura corporal normal
—tomada oralmente— oscila entre 36,5 y 37,5 °C en el adulto saludable; el valor
promedio viene a ser 37 °C. Tres estudios diferentes recientes sugieren que la
temperatura promedio en adultos saludables es de 36,7 °C.
El
modelo termorregulador humano más simple divide al cuerpo en dos compartimentos:
la zona central o núcleo que produce calor y la zona superficial o periférica
que regula la pérdida de calor. En condiciones de reposo, la producción de
calor depende especialmente de la actividad metabólica de los órganos internos
como el cerebro y los órganos de las cavidades abdominal y torácica como, por
ejemplo, el hígado, los intestinos, el riñón y el corazón. La sangre, impulsada
y distribuida por el sistema cardiovascular, es el principal medio que
transporta el calor (por convección) del núcleo a la región cutánea. La
temperatura del núcleo, especialmente la del cerebro, está regulada cerca de
los 37 ºC, y la superficial es más bien poiquilotérmica y, por lo tanto,
depende principalmente de la temperatura ambiental.2
El
cuerpo humano tiene una temperatura interna de 37 ºC, mientras que la
temperatura cutánea es de 33,5 ºC. El calor ganado y perdido por el cuerpo
depende de múltiples factores. La temperatura con que la sangre llega al
hipotálamo será el principal determinante de la respuesta corporal a los
cambios climáticos. Ya que el hipotálamo es el centro integrador que funciona
como termostato y mantiene el equilibrio entre la producción y la pérdida de
calor. Si la temperatura disminuye, aumenta la termogénesis y los mecanismos
conservadores del calor: El mantenimiento de la temperatura corporal, además
depende del calor producido por la actividad metabólica y el perdido por los
mecanismos corporales, así como de las condiciones ambientales.
La termogénesis, o generación de la temperatura se realiza por dos vías: Rápida: termogénesis física, producida en gran parte por el temblor y el descenso del flujo sanguíneo periférico Lenta: termogénesis química, de origen hormonal y movilización de sustratos procedentes del metabolismo celular.
Proceso de la alimentación
La
alimentación es el proceso biológico en el que los organismos asimilan la
comida y los líquidos necesarios para el funcionamiento, el crecimiento y el
mantenimiento de sus funciones vitales. La alimentación también es el estudio
de la relación entre los comida con la salud, especialmente en la determinación
de una dieta.
Aunque
alimentación y alimentación se utilizan frecuentemente como sinónimos, son
términos diferentes ya que la alimentación hace referencia a los nutrientes que
componen la comida y compre nde
un conjunto de fenómenos involuntarios que suceden tras la ingestión de la
comida, es decir, la digestión, la
absorción o paso a la sangre desde el tubo digestivo de sus componentes o
nutrientes, su metabolismo o transformaciones químicas en las células y
excreción o eliminación del organismo. La alimentación es la ciencia que
examina la relación entre dieta y salud. Los nutricionistas son profesionales
de la salud que se especializan en esta área de estudio, y están entrenados
para proveer consejos dietarios.
La alimentación comprende un conjunto de actos voluntarios y conscientes que van dirigidos a la elección, preparación e ingestión de los comida, fenómenos muy relacionados con el medio sociocultural y económico (medio ambiente) y determinan al menos en gran parte, los hábitos dietéticos y estilos de vida.
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