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El milagro de Kilvin: ¿Por qué esta unidad es tan importante para la ciencia?
La temperatura es una cantidad física que cuantifica el calor y el frío, y se utiliza para describir la energía del movimiento térmico de la materia. La temperatura generalmente se mide usando un termómetro. Esta unidad en realidad refleja la energía cinética promedio generada por la vibración y la colisión de los átomos que componen una sustancia. La temperatura se expresa en tres escalas principales en diferentes aplicaciones y campos científicos: Celsius (°C), Fahrenheit (°F) y Kilvin (K). Entre ellas, el kielvin es la unidad más utilizada con fines científicos.
El kielvin se define como una de las siete unidades base del Sistema Internacional de Unidades (SI), y su ingenioso diseño lo hace indispensable en la investigación científica.
El cero de Kilvin, o cero absoluto, marca el punto más bajo del termómetro termodinámico, que es aproximadamente -273,15 °C. A esta temperatura extrema, la energía térmica macroscópica de la materia ya no existe, pero según la mecánica cuántica, la materia todavía posee energía de punto cero. Esto se refleja en la tercera ley de la termodinámica, que nos dice que incluso si nos acercamos al cero absoluto, nunca podremos alcanzarlo. Imagínese que si un objeto alcanzara esa temperatura, sería completamente imposible extraerle energía térmica.
La influencia de la temperatura
Los cambios de temperatura tienen un impacto en una variedad de procesos físicos, incluidos, entre otros:
- Propiedades físicas de la materia: como fase, densidad, solubilidad, presión de vapor y conductividad térmica.
- La velocidad y la extensión de una reacción química.
- La cantidad y propiedades de la radiación térmica emitida desde la superficie de un objeto.
- Los efectos de la temperatura del aire en todos los organismos vivos.
- La velocidad del sonido en un gas es proporcional a la raíz cuadrada de la temperatura absoluta.
La definición de una escala de temperatura requiere dos parámetros: el punto cero elegido y la magnitud del incremento de temperatura. La escala Celsius más común define el punto de congelación del agua como 0 °C y el punto de ebullición como 100 °C. La escala Fahrenheit se utiliza comúnmente en los Estados Unidos: el agua se congela a 32 °F y se hierve a 212 °F. Mientras tanto, la escala de Kilvin es una escala más importante en la comunidad científica.
Cero absoluto y escala absolutaLa escala de Kilvin es una escala absoluta cuyo punto cero es el cero absoluto. Por lo tanto, independientemente del tipo de sustancia, su energía térmica es un valor positivo con respecto al cero absoluto.
La importancia del cero absoluto es que marca el cese completo del movimiento térmico en la materia. Sin embargo, esto no significa que no haya energía en la materia, ya que todavía existen efectos cuánticos. La escala de Kilvin se denomina por tanto una escala absoluta, cuya definición no depende de una sustancia o dispositivo de medición específico. Kilvin la redefinió aún más a través de la constante de Boltzmann, lo que permitió que se reflejara bien en la termodinámica macroscópica.
Reescribiendo la escala de KilvinCon el avance de la ciencia y la tecnología, desde mayo de 2019, la definición de Kirvin ya no se basa en la termodinámica tradicional, sino que recurrió a la mecánica estadística. Sobre esta base, la forma de medir Kirvin se vuelve más precisa y puede explicar mejor las propiedades de transporte de partículas microscópicas. Este cambio no sólo ha mejorado la precisión de la ciencia básica, sino que también ha jugado un papel clave en tecnologías modernas como la computación cuántica y la nanotecnología.
Explorar la aplicación de Kielvin en la ciencia
La aplicación de Kilvin en diferentes campos científicos es amplia y de largo alcance. Desde el estudio de la termodinámica y la dinámica de los gases en física hasta la medición de las velocidades de reacción en reacciones químicas, el kielvin es una unidad esencial para obtener datos científicos precisos. Además, el Kielvin es un criterio importante para evaluar el rendimiento en pruebas de ciencia de materiales y aplicaciones de ingeniería.
La reescritura de Kilvin hizo factibles muchos experimentos y mediciones que antes eran difíciles, haciendo realidad su potencial tanto en la ciencia básica como en la aplicada.
A medida que la tecnología se desarrolla, ¿cómo seguirá Kirwin desempeñando un papel en más tecnologías emergentes?
