Temperatura

220px|miniatura|Simulación da vibración térmica nun segmento dunha proteína, a amplitude da vibración increméntase coa temperatura.
A **temperatura** é unha magnitude física que indica a densidade de enerxía interna dun sistema referida ás nocións comúns de quente, morno ou frío que pode ser medida cun termómetro. A temperatura é un parámetro termodinámico do estado dun sistema que caracteriza a calor, ou transferencia de enerxía térmica, entre ese sistema e outros. En física, defínese como unha magnitude escalar relacionada coa enerxía interna dun sistema termodinámico, definida polo principio cero da termodinámica. Máis especificamente, está relacionada directamente coa parte da enerxía interna coñecida como «enerxía cinética», que é a enerxía asociada aos movementos das partículas do sistema, sexa nun sentido traslacional, rotacional, ou en forma de vibracións. A medida de que sexa maior a enerxía cinética dun sistema, obsérvase que este se atopa máis «quente»; é dicir, que a súa temperatura é maior.

No caso dun sólido, os movementos en cuestión resultan ser as vibracións das partículas nos seus sitios dentro do sólido. No caso dun gas ideal monoatómico trátase dos movementos traslacionais das súas partículas (para os gases multiatómicos os movementos rotacional e vibracional deben tomarse en conta tamén).

O desenvolvemento de técnicas para a medición da temperatura pasou por un longo proceso histórico, xa que era necesario darlle un valor numérico a unha idea intuitiva como é o frío ou o quente.

Multitude de propiedades fisicoquímicas dos materiais ou as substancias varían en función da temperatura á que se atopen, por exemplo o seu estado (sólido, líquido, gasoso, plasma), o seu volume, a solubilidade, a presión de vapor, a súa cor ou a condutividade eléctrica. Así mesmo é un dos factores que inflúen na velocidade á que teñen lugar as reaccións químicas.

A temperatura mídese con termómetros, os cales poden ser calibrados de acordo a unha multitude de escalas que dan lugar a unidades de medición da temperatura. O Sistema Internacional de Unidades (SIU), define unha escala e unha unidade para a temperatura termodinámica baseándose nun segundo punto de referencia facilmente reproducible como é a temperatura do punto triplo da auga. Por razóns históricas, o punto triplo da auga foi fixado en 273,16 unidades do intervalo de medida, que foi chamado kelvin (en minúscula) en honra do físico escocés William Thomson (Lord Kelvin) que definiu por primeira vez a escala kelvin ou escala absoluta, que asocia o valor «cero kelvin» (0 K) ao «cero absoluto», e gradúase cun tamaño de grao igual ao do grao Celsius. Con todo, fóra do ámbito científico o uso doutras escalas de temperatura é común. A escala máis estendida é a escala Celsius, chamada «centígrada»; e, en moita menor medida, e practicamente só nos Estados Unidos, a escala Fahrenheit. Tamén se usa ás veces a escala Rankine (°R) que establece o seu punto de referencia no mesmo punto da escala kelvin, o cero absoluto, pero cun tamaño de grao igual ao da Fahrenheit, e é usada unicamente en Estados Unidos, e só nalgúns campos da enxeñaría.

A temperatura é unha das principais propiedades estudadas no campo da termodinámica, neste campo son particularmente importantes as diferenzas de temperatura entre diferentes rexións da materia xa que estas diferenzas son a forza motriz do calor, que é a transferencia da enerxía térmica. Espontaneamente, a calor flúe só das rexións de maior temperatura cara ás rexións de menor temperatura. De modo que se non se transfire calor entre dous obxectos é porque ambos os obxectos teñen a mesma temperatura.

Segundo o enfoque da termodinámica clásica, a temperatura dun obxecto varía proporcionalmente á velocidade das partículas que contén, non depende do número de partículas (da masa) senón da súa velocidade media: a maior temperatura maior velocidade media. Polo tanto, a temperatura está ligada directamente á enerxía cinética media das partículas que se moven en relación ao centro da masa do obxecto. A temperatura é unha variable intensiva, xa que é independente da cantidade das partículas contidas no interior dun obxecto, xa sexan átomos, moléculas ou electróns, é unha propiedade que é inherente ao sistema e non depende nin da cantidade de substancia nin do tipo de material. Para que se poida determinar a temperatura dun sistema, este debe estar en equilibrio termodinámico. Pódese considerar que a temperatura varía coa posición só se para cada punto hai un pequena zona o seu ao redor que se pode tratar como un sistema termodinámico en equilibrio. Na termodinámica estatística, no canto de partículas fálase de graos de liberdade.

Nun enfoque máis fundamental, a definición empírica da temperatura derívase das condicións do equilibrio térmico, que son expresadas na lei cero da termodinámica. Cando dous sistemas están en equilibrio térmico teñen a mesma temperatura. A extensión deste principio como unha relación de equivalencia entre varios sistemas xustifica fundamentalmente a utilización do termómetro e establece os principios da súa construción para medir a temperatura. Aínda que o principio cero da termodinámica permitiría a definición empírica de moitas escalas de temperatura, o segundo principio da termodinámica selecciona unha única definición como a preferida, a temperatura absoluta, coñecida como temperatura termodinámica. Esta función corresponde á variación da enerxía interna con respecto aos cambios na entropía dun sistema. A súa orixe natural, intrínseco ou punto nulo, é o cero absoluto, punto onde a entropía de calquera sistema é mínima. Aínda que esta é a temperatura mínima absoluta descrita polo modelo, o terceiro principio da termodinámica postula que o cero absoluto non pode ser alcanzado por ningún sistema físico.

## Nocións xerais 
A temperatura é unha propiedade física que se refire ás nocións comúns de calor ou ausencia de calor, con todo o seu significado formal en termodinámica é máis complexo, a miúdo a calor ou o frío percibido polas persoas ten máis que ver coa sensación térmica (véxase máis abaixo), que coa temperatura real. Fundamentalmente, a temperatura é unha propiedade que posúen os sistemas físicos a nivel macroscópico, a cal ten unha causa a nivel microscópico, que é a enerxía media da partícula. E actualmente, ao contrario doutras cantidades termodinámicas como a calor ou a entropía, cuxas definicións microscópicas son válidas moi lonxe do equilibrio térmico, a temperatura só pode ser medida no equilibrio, precisamente porque se define como unha media.

A temperatura está intimamente relacionada coa enerxía interna e coa entalpía dun sistema: a maior temperatura maiores serán a enerxía interna e a entalpia do sistema.

A temperatura é unha propiedade intensiva, é dicir, que non depende do tamaño do sistema, senón que é unha propiedade que lle é inherente e non depende nin da cantidade de substancia nin do material do que este composto.

### Uso na ciencia 
A temperatura xoga un papel importante en todos os campos das ciencias naturais, por exemplo na física, a xeoloxía, a química, ciencias da atmosfera ou a bioloxía.

Moitas propiedades físicas de materiais como as súas fases (sólido a líquidos, gas ou plasma), a densidade, a solubilidade, a presión de vapor ou a resistividade eléctrica dependen da temperatura. A temperatura tamén xoga un papel importante na determinación do grao e o alcance das reaccións químicas. Esta é unha das razóns que explican que o corpo humano teña varios mecanismos complicados para manter a temperatura a 310 K, dado que temperaturas máis altas, de poucos graos, poden causar reaccións con consecuencias prexudiciais graves. A temperatura tamén controla a radiación térmica emitida por unha superficie. Un uso deste efecto é a lámpada incandescente, na que un filamento de tungsteno é quentado electricamente (debido á resistencia que opón o filamento ao paso do corrente eléctrica) a unha temperatura á que se emiten cantidades significativas de luz visible.

Para o estudo e a análise dos sistemas do mundo real, estes adoitan ser divididos temporalmente e espacialmente en celas de tamaño pequeno, nas que as condicións de equilibrio termodinámico clásico da materia cúmprense cunha boa aproximación (equilibrio termodinámico local).

## Definición 
### Lei cero da termodinámica 
Antes de dar unha definición formal de temperatura, é necesario entender o concepto de equilibrio térmico. Se dúas partes dun sistema entran en contacto térmico é probable que ocorran cambios nas propiedades de ambas as dúas. Estes cambios débense á transferencia de calor entre as partes. Para que un sistema estea en equilibrio térmico debe chegar ao momento en que xa non hai intercambio neto de calor entre as súas partes, ademais ningunha das propiedades que dependen da temperatura debe variar.

Unha definición de temperatura pódese obter da lei cero da termodinámica, que establece que se dous sistemas A e B están en equilibrio térmico, cun terceiro sistema C, entón os sistemas A e B estarán en equilibrio térmico entre si. Este é un feito empírico máis que un resultado teórico. Xa que tanto os sistemas A, B, e C están todos en equilibrio térmico, é razoable dicir que comparten un valor común dalgunha propiedade física. Chamamos a esta propiedade *temperatura*.

Con todo, para que esta definición sexa útil é necesario desenvolver un instrumento capaz de dar un significado cuantitativo á noción cualitativa desa propiedade que presupoñemos comparten os sistemas A e B. Ao longo da historia fixéronse numerosos intentos, con todo na actualidade predominan o sistema inventado por Anders Celsius en 1742 e o inventado por William Thomson (mellor coñecido como lord Kelvin) en 1848.

### Segunda lei da termodinámica 
Tamén é posible definir a temperatura en termos da segunda lei da termodinámica, a cal di que a entropía de todos os sistemas, ou ben permanece igual ou ben aumenta co tempo, isto aplícase ao Universo enteiro como sistema termodinámico. A entropía é unha medida da desorde que hai nun sistema. Este concepto pode ser entendido en termos estatísticos, considere unha serie de tiros de moedas: Un sistema perfectamente ordenado para a serie, sería aquel en que só cae cara ou só cae cruz. Con todo, existen múltiples combinacións polas cales o resultado é unha desorde no sistema, é dicir que haxa unha fracción de caras e outra de cruces. Un sistema desordenado podería ser aquel no que hai 90% de caras e 10% de cruces, ou 60% de caras e 40% de cruces. Con todo é claro que a medida que se fan máis tiros, o número de combinacións posibles polas cales o sistema se desordena é maior; noutras palabras o sistema evoluciona naturalmente cara a un estado de desorde máxima é dicir 50% caras 50% cruces de tal xeito que calquera variación fóra dese estado é altamente improbable.

[400px|miniatura|Aquí móstrase o [ciclo termodinámico|ciclo da máquina térmica descrita por Carnot, o calor entra ao sistema a través dunha temperatura inicial (aquí móstrase como'**TH**') e flúe a través do mesmo obrigando ao sistema a exercer un traballo sobre os seus arredores, e logo pasa ao medio frío, o cal ten unha temperatura final (*TC*).]]
Para dar a definición de temperatura con base na segunda lei, haberá que introducir o concepto de máquina térmica a cal é calquera dispositivo capaz de transformar calor en traballo mecánico. En particular interesa coñecer a formulación teórica da máquina de Carnot, que é unha máquina térmica de construción teórica, que establece os límites teóricos para a eficiencia de calquera máquina térmica real.

Nunha máquina térmica calquera, o traballo que esta realiza corresponde á diferenza entre a calor que se lle fornece e a calor que sae dela. Polo tanto, a eficiencia é o traballo que realiza a máquina dividido entre a calor que se lle subministra:
:
\eta = \frac {W_{ci}}{Q_i} = \frac{Q_i-Q_f}{Q_i} = 1 - \frac{Q_f}{Q_i}
 (1)

Onde *Wci* é o traballo feito pola máquina en cada ciclo. Vese que a eficiencia depende só de *Qi* e de *Qf*. Xa que *Qi* e *Qf* corresponden á calor transferida ás temperaturas *Ti* e *Tf*, é razoable asumir que ambas son funcións da temperatura:

:\frac{q_C}{q_H} = \frac{f(T_f)}{f(T_i)}= g(T_i,T_f)
 (2)

Con todo, é posible utilizar a conveniencia, unha escala de temperatura tal que

:
\frac{Q_f}{Q_i} = \frac{T_f}{T_i}
 (3)

Substituíndo a ecuación (3) na (1) relaciona a eficiencia da máquina coa temperatura:

:
\eta = 1 - \frac{Q_f}{q_i} = 1 - \frac{T_f}{T_i}
 (4)

Hai que notar que para*Tf* = 0 K a eficiencia faise do 100%, temperaturas inferiores producen unha eficiencia aínda maior que 100%. Xa que a primeira lei da termodinámica prohibe que a eficiencia sexa maior que o 100%, isto implica que a mínima temperatura que se pode obter nun sistema microscópico é de 0 K. Reordenando a ecuación (4) obtense:

:
\frac {Q_i}{T_i} - \frac{Q_f}{T_f} = 0 (5)

Aquí o signo negativo indica a saída de calor do sistema. Esta relación suxire a existencia dunha función de estado *S* definida por:
:
dS = \frac {dQ_\mathrm{rev}}{T}
 (6)

Onde o subíndice indica un proceso reversible. O cambio desta función de estado en calquera ciclo é cero, tal como é necesario para calquera función de estado. Esta función corresponde á entropía do sistema, que foi descrita anteriormente. Reordenando a ecuación seguinte para obter unha definición de temperatura en termos da entropía e o calor:

:
T = \frac{dQ_\mathrm{rev}}{dS}
 (7)

Para un sistema en que a entropía sexa unha función da súa enerxía interna *E*, a súa temperatura está dada por:
:
\frac{1}{T} = \frac{dS}{dE}
 (8)

Isto é, o recíproco da temperatura do sistema é a razón de cambio da súa entropía con respecto á súa enerxía.

### Temperatura e radiación 
A temperatura dun corpo está asociada á radiación que emite, mediante a lei de Planck da radiación. A potencia emitida en función da temperatura ven descrita por unha lei derivada da anterior, a lei de Stefan-Boltzmann, e a lonxitude de onda de máxima emisión, pola (tamén derivada da lei de Planck) lei de Wien. Así, poden asociarse lonxitudes de onda e temperatura para o estudo de diversos corpos como o Sol. Como un exemplo, ás lonxitudes de onda de 28,9 Å, 19,3 Å, 14,5 Å e 362 Å correspóndenlles temperaturas de 106 K, 1,5·106 K,  2·106 K e 80 000 K.

## Medida da temperatura 
[miniatura|200px|Un [termómetro para medir a temperatura ambiente]]
A medida da temperatura utilizando termómetros científicos modernos e escalas de temperatura remóntase a principios do século XVIII cando Daniel Gabriel Fahrenheit adaptou un termómetro de mercurio e unha escala desenvolvidos por Ole Christensen Rømer. A escala Fahrenheit aínda é utilizada nos Estados Unidos para aplicacións non científicas.

A temperatura mídese con termómetros que poden ser calibrados cunha gran variedade de escalas de temperatura. Na maior parte do mundo (só coas excepcións de Belize, Birmania, Liberia e Estados Unidos) utilízase o escala Celsius para a maioría das medidas da temperatura, tanto na vida diaria como na actividade científica.

A maioría das medidas científicas da temperatura fanse utilizando a escala de Celsius e a temperatura termodinámica utilizando a escala Kelvin, que é a escala Celsius desprazada de modo que o seu punto nulo é 0 K (-273,15&nbsp;°C) ou cero absoluto. Nos Estados Unidos moitas áreas da enxeñaría, de forma remarcable no campo da alta tecnoloxía e as especificacións federais, civís e militares, tamén utilizan a escala Kelvin e os graos Celsius. En cambio, nalgúns casos tamén se utiliza a escala de Rankine, que é unha escala desprazada -459.67 graos respecto do cero da escala Fahrenheit, cando se traballa nas disciplinas relacionadas coa termodinámica como a combustión.
### Unidades 
A unidade de medida da temperatura no Sistema Internacional de Unidades (SI) é o Kelvin e o seu símbolo é K. Mentres que as escalas absolutas baséanse no cero absoluto, as relativas teñen outras formas de definirse.

### Relativas 
* Grao Celsius (°C). Para establecer unha base de medida da temperatura Anders Celsius utilizou (en 1742) os puntos de fusión e ebulición da auga. Considérase que unha mestura de xeo e auga que se atopa en equilibrio con aire saturado a 1 atm está no punto de fusión. Unha mestura de auga e vapor de auga (sen aire) en equilibrio a 1 atm de presión considérase que está no punto de ebulición. Celsius dividiu o intervalo de temperatura que existe entre estes dous puntos en 100 partes iguais, ás que chamou graos centígrados °C. Con todo, en 1948 foron renomeados como graos Celsius no seu honor; así mesmo comezouse a utilizar a letra *C* maiúscula para denominalos.

:En 1954 a escala Celsius foi redefinida na Décima Conferencia de Pesos e Medidas en termos dun só punto fixo e da temperatura absoluta do cero absoluto. O punto escolleito foi o punto triplo da auga que é o estado no que as tres fases da auga coexisten en equilibrio, ao cal asignóuselle un valor de 0,01&nbsp;°C. A magnitude do novo grao Celsius defínese a partir do cero absoluto como a fracción 1/273,16 do intervalo de temperatura entre o punto triplo da auga e o cero absoluto. Como na nova escala os puntos de fusión e ebulición da auga son 0,00&nbsp;°C e 100,00&nbsp;°C respectivamente, resulta idéntica á escala da definición anterior, coa vantaxe de ter unha definición termodinámica.

* Grao Fahrenheit (°F). Toma divisións entre o punto de conxelación dunha disolución de cloruro amonio (á que lle asigna valor cero) e a temperatura normal corporal humana (á que lle asigna valor 100). É unha unidade tipicamente usada nos Estados Unidos; erroneamente, asóciase tamén a outros países anglosaxóns como o Reino Unido ou Irlanda, que usan a escala Celsius.
* Grao Réaumur (°Ré, °Re, °R). Usado para procesos industriais específicos, como o do almibre.
* Grao Rømer ou Roemer. En desuso.
* Grao Newton (°N). En desuso.
* Grao Leiden. Usado para calibrar indirectamente baixas temperaturas. En desuso.
* Grao Delisle (°D) En desuso.

### Absolutas 
As escalas que asignan os valores da temperatura en dous puntos diferentes coñécense como *escalas a dous puntos*. Con todo no estudo da termodinámica é necesario ter unha escala de medición que non dependa das propiedades das substancias. As escalas deste tipo coñécense como **escalas absolutas** ou **escalas de temperatura termodinámicas**.

Con base no esquema de notación introducido en 1967, na Conferencia Xeral de Pesos e Medidas (CGPM), o símbolo de grao eliminouse en forma oficial da unidade de temperatura absoluta.
#### Sistema Internacional de Unidades (SI) 
* Kelvin (K) O kelvin é a unidade de medida do SI. A escala kelvin absoluta parte do cero absoluto e define a magnitude das súas unidades, de tal forma que o punto triplo da auga é exactamente a 273,16 K.
*Aclaracións: Non se lle antepón a palabra *grao* nin o símbolo º. Cando se escribe a palabra completa, «kelvin», faise con minúscula, salvo que sexa principio de parágrafo.*

#### Sistema anglosaxón de unidades 
* Rankine (R ou Ra). Escala con intervalos de grao equivalentes á escala Fahrenheit, cuxa orixe está en -459,67&nbsp;°F. En desuso.

### Conversión de temperaturas 
As seguintes fórmulas asocian con precisión as diferentes escalas de temperatura:

## Temperatura en distintos medios 
[miniatura|200px|Compáranse as escalas [Grao Celsius|Celsius e Kelvin mostrando os puntos de referencia anteriores a 1954 e os posteriores para mostrar como ambas as dúas convencións coinciden. De cor **negra** aparecen o punto triplo da auga (0,01&nbsp;°C, 273,16 K) e o cero absoluto (-273,15&nbsp;°C, 0 K). De cor **gris** os puntos de conxelación (0,00&nbsp;°C, 273,15 K) e ebulición da auga (100&nbsp;°C, 373,15 K).]]
### A temperatura nos gases 
Para un gas ideal, a teoría cinética de gases utiliza mecánica estatística para relacionar a temperatura coa media da enerxía total dos átomos no sistema. Esta media da enerxía é independente da masa das partículas, o cal podería parecer contraintuitivo para moitos. A media da enerxía está relacionada exclusivamente coa temperatura do sistema, non obstante, cada partícula ten a súa propia enerxía a cal pode ou non corresponder coa media; a distribución da enerxía, (e polo tanto das velocidades das partículas) está dada pola distribución de Maxwell-Boltzmann.
A enerxía dos gases ideais monoatómicos relaciónase coa súa temperatura por medio da seguinte expresión:
{{ecuación|
: \overline{E}_t = \begin{matrix} \frac{3}{2} \end{matrix} nRT 
||left}}
onde *n*, número de moles, *R*, constante dos gases ideais. Nun gas diatómico, a relación é:
{{ecuación|
: \overline{E}_t = \begin{matrix} \frac{5}{2} \end{matrix} nRT 
||left}}
O cálculo da enerxía cinética de obxectos máis complicados como as moléculas, é máis difícil. Involúcranse graos de liberdade adicionais os cales deben ser considerados. A segunda lei da termodinámica estabelece non obstante, que dous sistemas ao interactuar o un co outro adquirirán a mesma enerxía media por partícula, e polo tanto a mesma temperatura.

Nunha mestura de partículas de varias masas distintas, as partículas máis masivas moveranse máis lentamente que as outras, pero aínda así terán a mesma enerxía media. Un átomo de Neon móvese relativamente máis lento que unha molécula de hidróxeno que teña a mesma enerxía cinética. Un xeito análogo de entender isto é notar que por exemplo, as partículas de po suspendidas nun fluxo de auga móvense máis lentamente que as partículas de auga. Para ver unha ilustración visual deste feito vexa este enlace. A lei que regula a diferenza nas distribucións de velocidade das partículas con respecto á súa masa é a lei dos gases ideais.

No caso particular da atmosfera, os meteorólogos definiron a temperatura atmosférica (tanto a temperatura virtual como a potencial) para facilitar algúns cálculos.

## Notas 
;Referencias

## Véxase tamén 
### Bibliografía 
* 
* 
### Ligazóns externas 
* Unha introdución elemental á temperatura destinado a un público do ensino ensino 
* Average yearly temperature (1961-1990, Celsius) - by country Lista mostrando a temperatura media anual por país.