Contextualización

Conocer la temperatura nos brinda la posibilidad de controlar y desarrollar numerosos procesos en nuestra vida diaria, desde la simple acción de refrigerar nuestros alimentos hasta la elaboración de complejas reacciones químicas industriales. Pero, ¿alguna vez te has detenido a pensar cómo medimos la temperatura? En nuestra realidad, utilizamos termómetros y estos instrumentos se valen de las propiedades de ciertas sustancias que cambian con la variación de temperatura.

Introducción

El estudio de las escalas termométricas es fundamental para comprender los intercambios de calor y los procesos termodinámicos. En física, estas escalas son tres: Celsius, Fahrenheit y Kelvin. Cada una de ellas tiene su origen, su uso y su relevancia, ya sea en la vida cotidiana o en el ámbito científico. La escala Celsius se utiliza ampliamente en casi todo el mundo para las actividades diarias y en el sistema métrico. Por otro lado, la escala Fahrenheit se utiliza en pocos países, principalmente de habla inglesa, para propósitos cotidianos.

La escala Kelvin, por su parte, se emplea en el ámbito científico, ya que es la escala absoluta, es decir, es imposible que exista una temperatura menor a 0 Kelvin (cero absoluto). Es importante en el desarrollo de estudios relacionados con la Tercera Ley de la Termodinámica. Comprender estas escalas y sus relaciones es fundamental para realizar cálculos y análisis termodinámicos más complejos.

Relevancia

Cambiar de escala de temperatura es una acción sencilla pero fundamental en la vida cotidiana y en la práctica científica e industrial. Por ejemplo, al cocinar utilizando una receta extranjera, es posible que tengas que convertir temperaturas de Fahrenheit a Celsius. En un contexto científico, los experimentos que involucran temperaturas extremadamente bajas, como en el estudio de la superconductividad, suelen utilizar la escala Kelvin.

La familiaridad con estas escalas y la habilidad de convertir entre ellas son destrezas importantes para cualquier persona, no solo para los científicos. Además, comprender las escalas termométricas y sus conversiones nos permite entender mejor el mundo que nos rodea.

Materiales de referencia

Para profundizar en tu conocimiento sobre el tema, te recomiendo las siguientes fuentes:

• Libro "Fundamentos de Física" de David Halliday & Robert Resnick, volumen 2, capítulo 18 - Presenta de manera completa la teoría de las escalas termométricas.
• El sitio Brasil Escola tiene una sección dedicada a la enseñanza de Física, que incluye temas sobre termodinámica y escalas termométricas. Accede aquí: Brasil Escola - Escalas Termométricas
• Los videos en Youtube pueden ser una excelente manera de aprender visualmente. Recomiendo el canal "Ciência Todos os Dias", que tiene un video explicando las escalas termométricas y sus conversiones. Mira: Ciência Todos os Dias - Escalas Termométricas

Actividad Práctica: "Explorando las Escalas Termométricas"

Objetivo del Proyecto

El objetivo de este proyecto es construir un termómetro casero y utilizar esta herramienta para comprender las diferentes escalas termométricas. En grupos de 3 a 5 personas, los estudiantes medirán temperaturas en diferentes ambientes y luego convertirán estas medidas entre las tres principales escalas (Celsius, Fahrenheit y Kelvin) y hacia una escala no tradicional elegida por el grupo.

Descripción del Proyecto

En esta actividad, los grupos crearán un termómetro casero utilizando materiales comunes, como botellas de plástico, alcohol, pajilla, entre otros. Con el termómetro construido, los estudiantes diseñarán un experimento para medir la temperatura de diferentes ambientes, como una habitación refrigerada y una sala expuesta al sol, por ejemplo.

Después de recopilar los datos, los estudiantes profundizarán en el estudio de las escalas termométricas, convirtiendo las temperaturas medidas a las escalas Fahrenheit, Kelvin y a otra escala no tradicional elegida por el grupo. Con base en estas conversiones, los estudiantes realizarán un análisis comparativo entre las escalas y la importancia de cada una de ellas en diferentes contextos.

Materiales Necesarios

• 1 botella de plástico (transparente y con tapa);
• Pajilla de plástico;
• Cinta adhesiva;
• Alcohol (etílico o isopropílico);
• Colorante alimentario;
• Arcilla o plastilina;
• Termómetro convencional (para calibrar el termómetro casero);
• Cuaderno para anotaciones y cálculos.

Paso a Paso de la Actividad

1. Construcción del Termómetro Casero: En primer lugar, el alcohol deberá ser coloreado con el colorante e introducido en la botella hasta llenar aproximadamente 1/4 de la misma. A continuación, la pajilla debe ser colocada dentro de la botella, sin tocar el fondo, y fijada en la boca de la botella con cinta adhesiva, de manera que quede sellada (no debe permitir el paso de aire). Por último, la arcilla o plastilina se utilizará para sellar aún más la boca de la botella y fijar mejor la pajilla, asegurando que no haya fugas. La punta de la pajilla que está dentro de la botella debe quedar sumergida en el alcohol.

2. Calibración del Termómetro Casero: Con la ayuda de un termómetro convencional, los estudiantes deben marcar en la pajilla las temperaturas correspondientes a 0ºC, 10ºC, 20ºC, 30ºC, y así sucesivamente.

3. Realización del Experimento: Los estudiantes llevarán el termómetro a diferentes ambientes y anotarán las temperaturas observadas en cada lugar.

4. Conversión de Escalas: Con las medidas de temperatura recopiladas, los estudiantes deberán realizar la conversión de esas medidas a las escalas Fahrenheit y Kelvin utilizando las fórmulas de conversión. Además, los estudiantes deberán elegir una escala no tradicional, investigar la fórmula de conversión para esa escala y realizar la conversión de las medidas recopiladas.

5. Análisis de los Resultados: Basándose en las conversiones realizadas, los estudiantes realizarán un análisis comparativo entre las escalas y discutirán la importancia de cada una de ellas en diferentes contextos.

Entrega del Proyecto

Después de completar la parte práctica, los estudiantes deben elaborar un informe con los siguientes temas:

1. Introducción: Debe contener una contextualización sobre el tema, la relevancia de las escalas termométricas y el objetivo del proyecto.
2. Desarrollo: Aquí, los estudiantes deben presentar la teoría de las escalas termométricas, la descripción detallada de la actividad realizada, la metodología utilizada y los resultados obtenidos, así como la discusión de estos resultados.
   • En la descripción de la actividad, los estudiantes deben informar todos los detalles de la construcción del termómetro, la recopilación de datos y las conversiones realizadas.
   • En la presentación y discusión de los resultados, los estudiantes deben mostrar las temperaturas medidas en cada ambiente y en las diferentes escalas. También deben discutir por qué eligieron la escala no tradicional y sus peculiaridades.
3. Conclusión: Los estudiantes deben concluir el trabajo retomando sus puntos principales, explicitando los aprendizajes obtenidos y las conclusiones extraídas sobre el proyecto.
4. Bibliografía: Deben indicarse las fuentes en las que se basaron para trabajar en el proyecto, como libros, páginas web, videos, etc.

El proyecto debe entregarse en una semana y cada estudiante participante debe dedicar de dos a cuatro horas para su ejecución.