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Celsius

El grado Celsius es la unidad de temperatura en la escala de temperatura Celsius [ 1 ] (originalmente conocida como escala centígrada en inglés ), [ 2 ] una de las dos escalas d...

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El grado Celsius es la unidad de temperatura en la escala de temperatura Celsius [ 1 ] (originalmente conocida como escala centígrada en inglés ), [ 2 ] una de las dos escalas de temperatura utilizadas en el Sistema Internacional de Unidades (SI), siendo la otra la escala Kelvin, estrechamente relacionada . El grado Celsius (símbolo: °C ) puede referirse a un punto específico en la escala de temperatura Celsius o a una diferencia o rango entre dos temperaturas. Recibe su nombre del astrónomo sueco Anders Celsius (1701-1744), quien propuso la primera versión en 1742. Durante muchos años, la unidad se denominó centígrada en varios idiomas (del latín centum , que significa 100, y gradus , que significa pasos). En 1948, el Comité Internacional de Pesas y Medidas [ 3 ] la renombró en honor a Celsius y también para evitar confusiones con el término para la centésima parte de un grado en algunos idiomas. La mayoría de los países utilizan esta escala, con la excepción de Estados Unidos, algunos territorios insulares y Liberia , donde todavía se utiliza la escala Fahrenheit .

Durante el siglo XIX y la primera mitad del siglo XX, la escala se basaba en 0 ° C para el punto de congelación del agua y 100 ° C para el punto de ebullición del agua a 1 atm de presión. (En la propuesta inicial de Celsius, los valores estaban invertidos: el punto de ebullición era de 0 grados y el punto de congelación de 100 grados).   

Entre 1954 y 2019, las definiciones precisas de la unidad grado Celsius y la escala de temperatura Celsius utilizaban el cero absoluto y la temperatura del punto triple del agua. Desde 2007, la escala de temperatura Celsius se define en términos del kelvin , la unidad base del SI para la temperatura termodinámica (símbolo: K). El cero absoluto , la temperatura más baja, se define ahora como exactamente 0 K y −273,15 ° C . [ 4 ]  

Países por uso
  Celsius (°C)
  Celsius (°C) y Fahrenheit (°F)
  Fahrenheit (°F)

Historia

El termómetro original de Anders Celsius utilizaba una escala invertida, donde 100 representaba el punto de congelación y 0 el punto de ebullición del agua.

En 1742, el astrónomo sueco Anders Celsius (1701-1744) creó una escala de temperatura inversa a la que hoy conocemos como "Celsius": 0 representaba el punto de ebullición del agua, mientras que 100 representaba el punto de congelación. [ 5 ] En su artículo " Observaciones de dos grados persistentes en un termómetro" , relató sus experimentos que demostraban que el punto de fusión del hielo prácticamente no se ve afectado por la presión. También determinó con notable precisión cómo variaba el punto de ebullición del agua en función de la presión atmosférica. Propuso que el punto cero de su escala de temperatura, al ser el punto de ebullición, se calibrara a la presión barométrica media al nivel medio del mar . Esta presión se conoce como atmósfera estándar . La 10.ª Conferencia General de Pesas y Medidas (CGPM) del BIPM , celebrada en 1954, definió una atmósfera estándar como equivalente a 1.013.250 dinas por centímetro cuadrado (101,325 kPa ). [ 6 ] 

En 1743, el físico francés Jean-Pierre Christin , secretario permanente de la Academia de Lyon , invirtió la escala de temperatura Celsius de modo que 0 representara el punto de congelación del agua y 100 el punto de ebullición. Algunos le atribuyen a Christin la invención independiente de la inversión de la escala original de Celsius, mientras que otros creen que simplemente la invirtió. [ 7 ] [ 8 ] El 19 de mayo de 1743 publicó el diseño de un termómetro de mercurio , el «Termómetro de Lyon», construido por el artesano Pierre Casati, que utilizaba esta escala. [ 9 ] [ 10 ] [ 11 ]

En 1744, coincidiendo con la muerte de Anders Celsius, el botánico sueco Carl Linnaeus (1707–1778) invirtió la escala de Celsius. [ 12 ] Su "termómetro Linnaeus" hecho a medida, para usar en sus invernaderos, fue fabricado por Daniel Ekström, el principal fabricante de instrumentos científicos de Suecia en ese momento, cuyo taller estaba ubicado en el sótano del observatorio de Estocolmo. Como solía suceder en esta época anterior a las comunicaciones modernas, se atribuye a numerosos físicos, científicos y fabricantes de instrumentos el desarrollo independiente de esta misma escala; [ 13 ] entre ellos estaban Pehr Elvius, secretario de la Real Academia Sueca de Ciencias (que tenía un taller de instrumentos) y con quien Linnaeus se había carteado; Daniel Ekström , el fabricante de instrumentos; y Mårten Strömer (1707–1770) que había estudiado astronomía con Anders Celsius.

El primer documento sueco conocido [ 14 ] que informa temperaturas en esta escala de temperatura Celsius moderna "avanzada" es el artículo Hortus Upsaliensis, fechado el 16 de diciembre de 1745, que Linneo escribió a uno de sus estudiantes, Samuel Nauclér. En él, Linneo relató las temperaturas dentro del invernadero del Jardín Botánico de la Universidad de Uppsala :

...  puesto que el caldarium (la parte caliente del invernadero), por el ángulo de las ventanas, simplemente por los rayos del sol, obtiene tal calor que el termómetro a menudo alcanza los 30 grados, aunque el jardinero diligente suele tener cuidado de que no suba a más de 20 o 25 grados, y en invierno no menos de 15 grados  ...

Centígrados y Celsius

Desde el siglo XIX, las comunidades científicas y de termometría de todo el mundo han utilizado la expresión "escala centígrada" y las temperaturas a menudo se reportaban simplemente como "grados" o, cuando se deseaba mayor especificidad, como "grados centígrados", con el símbolo °C.

En francés, el término centígrado también significa una centésima de gradián , cuando se usa para medición angular . El término grado centesimal se introdujo más tarde para temperaturas [ 15 ] , pero también resultó problemático, ya que significa gradián (una centésima de ángulo recto) en francés y español. El riesgo de confusión entre temperatura y medición angular se eliminó en 1948 cuando la 9.ª reunión de la Conferencia General de Pesas y Medidas y el Comité Internacional de Pesas y Medidas (CIPM) adoptaron formalmente el término «grado Celsius» para la temperatura. [ 16 ] [ a ]

Si bien «Celsius» se usa comúnmente en el ámbito científico, «centígrado» todavía se utiliza en países de habla francesa e inglesa, especialmente en contextos informales. La frecuencia de uso de «centígrado» ha disminuido con el tiempo. [ 17 ]

Debido a la adopción del sistema métrico en Australia , después del 1 de septiembre de 1972 los informes meteorológicos en el país se dieron exclusivamente en grados Celsius. [ 18 ] En el Reino Unido, no fue hasta febrero de 1985 que los pronósticos de BBC Weather cambiaron de "centígrados" a "Celsius". [ 19 ]

Temperaturas comunes

Temperaturas equivalentes en kelvin (K), Rankine (R), Celsius (°C) y Fahrenheit (°F)

Todas las transiciones de fase se producen en atmósfera estándar . Las cifras se basan en la definición o se han aproximado a partir de mediciones empíricas.

  1. 1 2 Valor exacto, según la definición del SI del kelvin
  2. ↑ Temperatura de referencia común del NIST, proporcionada como números redondos.

Composición tipográfica de nombres y símbolos

El «grado Celsius» ha sido la única unidad del SI cuyo nombre completo contiene una letra mayúscula desde 1967, cuando la unidad base del SI para la temperatura pasó a ser el kelvin , reemplazando el término en mayúscula «grados Kelvin ». La forma plural es «grados Celsius». [ 24 ]

La regla general de la Oficina Internacional de Pesas y Medidas (BIPM) es que el valor numérico siempre precede a la unidad, y siempre se usa un espacio para separar la unidad del número, por ejemplo, "30.2 °C" (no " 30.2°C " ni " 30.2° C "). [ 25 ] Las únicas excepciones a esta regla son los símbolos de unidad para grado , minuto y segundo para ángulo plano (°, ′ y ″ , respectivamente), para los cuales no se deja espacio entre el valor numérico y el símbolo de unidad. [ 26 ] Otros idiomas y diversas editoriales pueden seguir reglas tipográficas diferentes. 

carácter Unicode

Unicode proporciona el símbolo de Celsius en el punto de código U+2103 ℃ GRADO CELSIUS . Sin embargo, este es un carácter de compatibilidad para garantizar la compatibilidad bidireccional con codificaciones antiguas. Permite una representación correcta de los alfabetos de Asia Oriental escritos verticalmente, como el chino. El estándar Unicode desaconseja explícitamente el uso de este carácter: «En el uso normal, es mejor representar los grados Celsius '°C' con la secuencia U+00B0 ° GRADO SIGNO + U+0043 C LETRA MAYÚSCULA LATINA C , en lugar de U+2103 ℃ GRADO CELSIUS . Para las búsquedas, trate estas dos secuencias como idénticas». [ 27 ]

Temperaturas e intervalos

El grado Celsius está sujeto a las mismas reglas que el kelvin con respecto al uso de su nombre y símbolo de unidad. Así, además de expresar temperaturas específicas a lo largo de su escala (por ejemplo, " El galio se funde a 29,7646  °C" y "La temperatura exterior es de 23 grados Celsius"), el grado Celsius también es adecuado para expresar intervalos de temperatura : diferencias entre temperaturas o sus incertidumbres (por ejemplo, "La salida del intercambiador de calor es 40 grados Celsius más caliente" y "Nuestra incertidumbre estándar es de ±3  °C"). [ 28 ] Debido a este doble uso, no se debe confiar en el nombre de la unidad o su símbolo para indicar que una cantidad es un intervalo de temperatura; debe ser inequívoco a través del contexto o una declaración explícita que la cantidad es un intervalo. [ c ] Esto a veces se resuelve usando el símbolo °C (pronunciado "grados Celsius") para una temperatura, y C° (pronunciado "grados Celsius") para un intervalo de temperatura, aunque este uso no es estándar. [ 29 ] Otra forma de expresar lo mismo es "40 °C ± 3 K" , que se puede encontrar comúnmente en la literatura.

La medición en grados Celsius sigue un sistema de intervalos , pero no un sistema de proporciones ; y sigue una escala relativa, no una escala absoluta. Por ejemplo, un objeto a 20  °C no tiene el doble de energía que cuando está a 10  °C; y 0  °C no es el valor más bajo en grados Celsius. Por lo tanto, los grados Celsius son una medida de intervalos útil, pero no poseen las características de las medidas de proporciones como el peso o la distancia. [ 30 ]

Coexistencia con Kelvin

En ciencia e ingeniería, las escalas Celsius y Kelvin se utilizan a menudo en combinación en contextos similares, por ejemplo, «un valor medido fue de 0,01023  °C con una incertidumbre de 70  μK». Esta práctica es permisible porque la magnitud del grado Celsius es igual a la del kelvin. A pesar del respaldo oficial proporcionado por la decisión n.º 3 de la Resolución 3 de la 13.ª CGPM, [ 31 ] que establece que «un intervalo de temperatura también puede expresarse en grados Celsius», la práctica de utilizar simultáneamente °C y K sigue estando muy extendida en el mundo científico, ya que el uso de formas del grado Celsius con prefijo del SI (como «μ°C» o «microgrados Celsius») para expresar un intervalo de temperatura no se ha adoptado ampliamente.

Puntos de fusión y ebullición del agua

Medición de una mezcla de hielo y agua en equilibrio a 370 m sobre el nivel del mar. El termómetro marca 0,05 °C. La ligera desviación de 0 °C se debe a la incertidumbre del instrumento y a la presencia de trazas de impurezas de agua.
Punto de ebullición del agua medido a una altitud de ~370 m s.n.m. El resultado de 99,7 °C refleja una presión atmosférica más baja (~970 hPa), combinada con una pequeña incertidumbre instrumental e impurezas traza de agua.

Los puntos de fusión y ebullición del agua ya no forman parte de la definición de la escala de temperatura Celsius. En 1948, la definición se modificó para utilizar el punto triple del agua . [ 32 ] En 2005, la definición se perfeccionó aún más para utilizar agua con composición isotópica definida con precisión ( VSMOW ) para el punto triple. En 2019, la definición se modificó para utilizar la constante de Boltzmann , desacoplando por completo la definición del kelvin de las propiedades del agua . Cada una de estas definiciones formales dejó los valores numéricos de la escala de temperatura Celsius idénticos a la definición anterior dentro de los límites de precisión de la metrología de la época.

Cuando los puntos de fusión y ebullición del agua dejaron de formar parte de la definición, se convirtieron en magnitudes medibles. Lo mismo ocurre con el punto triple.

En 1948, cuando la 9.ª Conferencia General de Pesas y Medidas ( CGPM ) consideró por primera vez, en su Resolución 3, el punto triple del agua como punto de referencia, este se encontraba tan cerca de ser 0,01  °C mayor que el punto de fusión conocido del agua, que se definió simplemente como 0,01  °C. Sin embargo, mediciones posteriores demostraron que la diferencia entre el punto triple y el punto de fusión del VSMOW es en realidad muy ligeramente (<  0,001  °C) mayor que 0,01  °C. Por lo tanto, el punto de fusión real del hielo es muy ligeramente (menos de una milésima de grado) inferior a 0  °C. Además, definir el punto triple del agua a 273,16  K definió con precisión la magnitud de cada incremento de 1  °C en términos de la escala de temperatura termodinámica absoluta (con referencia al cero absoluto). Ahora, desacoplado del punto de ebullición real del agua, el valor "100  °C" es más caliente que 0  °C —en términos absolutos— por un factor exacto de ⁠ 373,15 / 273,15 ⁠ (aproximadamente un 36,61 % termodinámicamente más caliente). Al adherirse estrictamente a la definición de dos puntos para la calibración, el punto de ebullición de VSMOW bajo una atmósfera estándar de presión fue en realidad 373,1339 K (99,9839 °C). Cuando se calibró con ITS-90 (un estándar de calibración que comprende muchos puntos de definición y que se usa comúnmente para instrumentación de alta precisión), el punto de ebullición de VSMOW fue ligeramente menor, alrededor de 99,974 °C. [ 33 ]   

Esta diferencia de 16,1 milikelvin en el punto de ebullición entre la definición original de la escala de temperatura Celsius y la anterior (basada en el cero absoluto y el punto triple) tiene poca relevancia práctica en las aplicaciones cotidianas, ya que el punto de ebullición del agua es muy sensible a las variaciones de la presión barométrica . Por ejemplo, un cambio de altitud de tan solo 28 cm (11 pulgadas) provoca que el punto de ebullición varíe en un milikelvin.  

Véase también

Notas explicativas

  1. ↑ Según el Oxford English Dictionary (OED), el término "termómetro Celsius" se había utilizado al menos desde 1797. Además, el término "el termómetro Celsius o centígrado" se volvió a utilizar en referencia a un tipo particular de termómetro al menos desde 1850. El OED también cita este informe de temperatura de 1928: "Mi altitud era de unos 5800 metros, la temperatura era de 28 °C". Sin embargo, los diccionarios buscan encontrar el uso más antiguo de una palabra o término y no son un recurso útil en lo que respecta a la terminología utilizada a lo largo de la historia de la ciencia. Según varios escritos de Terry Quinn , director del BIPM (1988-2004), incluyendo "Escalas de temperatura desde los primeros días de la termometría hasta el siglo XXI" (PDF) . Archivado del original (PDF) el 26 de diciembre de 2010. Recuperado el 31 de mayo de 2016 . (146 KiB )  así como Temperatura (2.ª edición/1990/Academic Press/0125696817), el término Celsius en relación con la escala centígrada no fue utilizado en absoluto por las comunidades científicas o de termometría hasta después de que el CIPM y el CGPM adoptaran el término en 1948. El BIPM ni siquiera sabía que "grado Celsius" se usaba esporádicamente y no científicamente antes de ese momento. También es notable que la edición de 1933 del OED, de doce volúmenes, ni siquiera tenía una entrada para la palabra Celsius (pero sí tenía entradas para centígrado y centesimal en el contexto de la medición de la temperatura). La adopción de Celsius en 1948 logró tres objetivos:
    1. Todas las escalas de temperatura comunes tienen sus unidades nombradas en honor a alguien estrechamente relacionado con ellas; a saber: Kelvin, Celsius, Fahrenheit, Réaumur y Rankine.
    2. A pesar de la importante contribución de Linneo, quien le dio a la escala de temperatura Celsius su forma moderna, el nombre de Celsius fue la elección obvia porque comenzaba con la letra C. De esta manera, el símbolo °C, que durante siglos se había utilizado en asociación con el nombre centígrado, podía seguir usándose y, al mismo tiempo, heredaría una asociación intuitiva con el nuevo nombre.
    3. El nuevo nombre eliminó la ambigüedad del término "centígrado", permitiendo que se refiriera exclusivamente al nombre en francés de la unidad de medida angular.
  2. ↑ Para el agua oceánica media estándar de Viena a una atmósfera estándar (101,325 kPa) cuando se calibra únicamente según la definición de dos puntos de temperatura termodinámica. Las definiciones anteriores de la escala de temperatura Celsius definían el punto de ebullición del agua bajo una atmósfera estándar como precisamente 100 °C. Sin embargo, la definición actual da como resultado un punto de ebullición que es en realidad 16,1 mK menor. Para obtener más información sobre el punto de ebullición real del agua, consulte VSMOW en la medición de temperatura . Una aproximación diferente utiliza ITS-90 , que aproxima la temperatura a 99,974 °C.
  3. ↑ En 1948, la Resolución 7 de la 9.ª CGPM declaró: «Para indicar un intervalo o diferencia de temperatura, en lugar de una temperatura, debe utilizarse la palabra "grado" completa o la abreviatura "deg"». Esta resolución fue derogada en 1967/1968 por la Resolución 3 de la 13.ª CGPM , que declaró que [«Los nombres "grado Kelvin" y "grado", los símbolos "°K" y "deg" y las reglas para su uso dadas en la Resolución 7 de la 9.ª CGPM (1948),] ...y la designación de la unidad para expresar un intervalo o una diferencia de temperaturas quedan derogados, pero los usos que se derivan de estas decisiones siguen siendo permisibles por el momento». En consecuencia, ahora existe una amplia libertad de uso con respecto a cómo indicar un intervalo de temperatura. Lo más importante es que la intención debe ser clara y debe seguirse la regla básica del SI; Es decir, no se debe confiar en el nombre de la unidad ni en su símbolo para indicar la naturaleza de la magnitud. Por lo tanto, si un intervalo de temperatura es, por ejemplo, 10 K o 10 °C (que se puede escribir como 10 kelvin o 10 grados Celsius), debe quedar claro, mediante un contexto obvio o una declaración explícita, que se trata de un intervalo. Las reglas que rigen la expresión de temperaturas e intervalos se tratan en el "Folleto del SI, 8.ª edición" (PDF) del BIPM . (1,39 MiB )  .

Referencias

  1. ↑ Escala de temperatura Celsius en la Encyclopædia Britannica : "La escala de temperatura Celsius, también llamada escala de temperatura centígrada, se basa en 0 ° para el punto de fusión del agua y 100 ° para el punto de ebullición del agua a una presión de 1 atm."
  2. ↑ Helmenstine, Anne Marie (15 de diciembre de 2014). "¿Cuál es la diferencia entre Celsius y Centígrados?" . thoughtco.com . Archivado del original el 27 de noviembre de 2023 . Recuperado el 25 de abril de 2020 .
  3. ↑ "Actas del 42.º CIPM (1948), 1948, pág. 88" . Oficina Internacional de Pesos y Medidas. 1948. Consultado el 19 de agosto de 2023 .
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