Climatología

Unidades de temperatura

El grado Celsius^1 2 (históricamente conocido como centígrado;³ símbolo °C) es la unidad termométrica cuyo 0 se ubica 0,01 grados por debajo del punto triple del agua y su intensidad calórica equivale a la del kelvin.

El grado Celsius pertenece al Sistema Internacional de Unidades, con carácter de unidad accesoria, a diferencia del kelvin, que es la unidad básica de temperatura en dicho sistema.

Anders Celsius definió su escala en 1742 considerando las temperaturas de ebullición y de congelación del agua, asignándoles originalmente los valores 0 °C y 100 °C, respectivamente (de manera que más caliente resultaba en una menor temperatura); fueron Jean-Pierre Christin (1743)^4 5 y Carlos Linneo (1745)⁶ quienes invirtieron ambos puntos más tarde.^{Nota 1} El método propuesto, al igual que el utilizado en 1724 para el grado Fahrenheit y el Grado Rømer de 1701, tenía la ventaja de basarse en las propiedades físicas de los materiales. William Thomson (luego Lord Kelvin) definió en 1848 su escala absoluta de temperaturaen términos del grado Celsius. En la actualidad el grado Celsius se define a partir del kelvin del siguiente modo:

Los intervalos de temperatura expresados en °C y en kelvins tienen el mismo valor.

La escala de Celsius es muy utilizada para expresar las temperaturas de uso cotidiano, desde la temperatura del aire a la de un sinfín de dispositivos domésticos (hornos, freidoras, agua caliente, refrigeración, etc.). También se emplea en trabajos científicos y tecnológicos, aunque en muchos casos resulta obligado el uso de la escala de Kelvin.

Conversión de unidad

Las temperaturas de fusión y ebullición del agua destilada a una atmósfera de presión, en las escalas Celsius, Fahrenheit y Kelvin, son las siguientes:

Temperaturas de fusión y ebullición del agua a 1 atm de presión atmosférica

escala	fusión	ebullición
Kelvin	273,15 K	373,15 K
Celsius	0 °C	100 °C
Fahrenheit	32 °F	212 °F

El punto triple del agua es a 273,16 K, es decir, 0,01 °C.

La magnitud de un grado Celsius es equivalente a la magnitud de un Kelvin; en otras palabras, una diferencia de temperaturas tiene el mismo valor numérico expresada en grados Celsius que en Kelvin:

La conversión de grados Celsius a grados Fahrenheit se obtiene multiplicando la temperatura en Celsius por 1,8 y sumando 32, esto da el resultado:

Para convertir Fahrenheit a Celsius:

La escala Celsius es una escala de temperatura que asigna el valor cero (0 °C) al agua en proceso de fusión, y el valor cien (100 °C) al agua en proceso de ebullición.

De escala Fahrenheit a escala Kelvin:

De escala Kelvin a escala Fahrenheit:

Símbolo y nombre

El símbolo del grado Celsius es un circulito volado (y no la letra o) seguido de la letra C, que forman un bloque indivisible. La Real Academia Española admite escribir solo el circulito volado, sin la C, pero esta notación no es conforme con las normas internacionales, en las que el círculo está reservado al grado de ángulo plano. El nombre es grado Celsius y, aunque la CGPM rechazó en 1948 el de grado centígrado, este último sigue siendo de uso corriente. No debe confundirse centígrado, es decir, basado en una escala que da 100 grados entre la temperatura de fusión y la de ebullición del agua, con centigrado, que es un centésimo de grado. Además, el grado centígrado corresponde a la escala centesimal, cuyos 100 grados corresponden a un ángulo recto.

Como la mayoría de los símbolos de unidades, debe haber un espacio entre el valor y °C. Así, se tiene que 25 °C es correcto, 25 ° C es incorrecto y 25°C es tambiénincorrecto.

En Unicode existe el carácter ℃ (U+2103) que representa el grado Celsius.

¿Sabías que ºC significa grado Celsius y no grado centígrado?

Mª Dolores Del Campo Maldonado
Centro Español de Metrología
Jefa de Área de Temperatura

A mediados del siglo XVII, se disponía de termómetros sensibles, pero no había ninguna tentativa seria de establecer una escala universal para la medida de la temperatura ya que ni siquiera había un claro conocimiento científico de lo que ella misma era. En 1669 el padre Honoré Fabryen Leyde calibró sus termómetros, primero “poniéndolos en hielo” y después “en agua calentada hasta el máximo grado” (no llegó a decir en ebullición). Algunos años más tarde el físico y naturalista francés René Antoine Ferchault de Réaumur adoptó los puntos del hielo y de ebullición del agua, pero asignándoles como valores 0 y 80.

Detalle de una célula del punto triple del agua

Con el principio del siglo XVIII Daniel Gabriel Fahrenheit inició sus trabajos, claves para el desarrollo de la termometría que, parcialmente, se fundamentaron en los del astrónomo danés Olaus Römer que había construido un termómetro basado en dos puntos fijos. Parece ser que una mala interpretación de la escala de Römer le llevó a construir la suya (el punto que Römer describía como agua a la temperatura de la sangre, Fahrenheit lo entendió de forma literal cuando probablemente Römer sólo quería decir agua tibia). De cualquier forma, el gran mérito de Fahrenheit estuvo en que fue capaz de construir termómetros estables y una escala reproducible. No fue el primero en sugerir la creación de una escala utilizando puntos fijos, pero sí fue el primero que saco partido del método utilizando buenos termómetros.

Es en 1742 cuando Anders Celsius publica un artículo en “Kungliga Swenska Wetenskaps Academiens Handlinga”, los anales de la Real Academia Sueca de Ciencias, titulado “Observaciones sobre dos grados constantes en un termómetro”. Este artículo fue el origen de la escala de temperatura Celsius. En él, tras hacer un resumen de las distintas formas de expresar la temperatura de la época, Celsius presentaba una relación de sus experimentos para elaborar su escala de temperatura con dos puntos fijos: el de la nieve o hielo fundente y el de ebullición del agua. Inicialmente Celsius asignó 0 º al punto de ebullición y 100 º al de solidificación, pero esta asignación pronto fue invertida, probablemente por Daniel Ekström, quien fabricaba la mayoría de los instrumentos científicos que usaba Celsius.

A finales del siglo XIX, para la comparación de los patrones de longitud, el Comité Internacional de Pesas y Medidas adoptó, como escala termométrica normal para la Oficina Internacional de Pesas y Medidas, la escala centígrada del termómetro de hidrógeno de volumen constante, que tenía como puntos fijos la temperatura del punto del hielo fundente (0º C) y la del agua destilada en ebullición (100º C); de esta forma, la unidad de temperatura sería el “grado centígrado” y correspondería a la centésima parte de la diferencia (a la presión normal) entre los puntos de fusión del hielo y de ebullición del agua.

El grado centígrado continuó siendo utilizado como unidad de temperatura hasta que en 1948 el Comité Consultivo de Termometría discutió acerca de la necesidad de sustituir el punto del hielo, con una reproducibilidad del orden de la milésima de grado, por el punto triple del agua, mejor definido y cuya reproducibilidad era, en aquellos momentos, del orden de la diez-milésima de grado. También se estudió la posibilidad, señalada ya desde 1854 por Lord Kelvin, de definir la temperatura termodinámica mediante un único punto fijo, en lugar de definirla por el intervalo de 0 ºC a 100º C. Finalmente esta “revolucionaria” idea fue aprobada, no sin muchas discusiones, y el punto triple del agua se convirtió en el pilar de la escala de temperatura, al que se le asignó el valor de 0,01º C (o lo que es lo mismo 273,16 K).

Fotografía de uno de los certificados de calibración de los termómetros usados en la primera comparación de los prototipos españoles del metro y del kilogramo con los patrones internacionales en el BIPM. Colección de pesas y medidas del CEM.

La Conferencia General de Pesas y Medidas de octubre de 1948 aceptó el principio del punto fijo único, pero decidió esperar para asignarle valor numérico. Esta misma Conferencia decidió sustituir el nombre de “grado centígrado” por “grado Celsius” por prestarse a confusión. No fue hasta la 10ª Conferencia General de Pesas y Medidas de 1954, cuando el valor 273,16 K para el punto triple del agua se adoptó oficialmente.

Esta decisión tuvo un resultado sorprendente, ya que durante unos cuantos años convivieron dos kelvin diferentes. Uno definido como la fracción 1/273,16 de la temperatura termodinámica del punto triple del agua y el otro el kelvin de la escala centígrada de 1948 definido como la centésima parte del intervalo de temperatura que separaba el punto de ebullición del agua y el punto del hielo fundente. Tenían la suerte de estar muy próximos entre sí, pero sin duda fue una situación complicada para los metrólogos de la época.

Más adelante, muy sabiamente, se decidió modificar el texto de la Escala Internacional de temperatura de 1948 y, en 1960, se publicó una edición corregida por la 11ª Conferencia General de Pesas y Medidas. Esta escala corregida se llamó Escala Internacional Práctica de Temperatura y definía el kelvin como la fracción 1/273,16 de la temperatura termodinámica del punto triple del agua. De esta forma, la Escala Internacional de Temperatura dejaba definitivamente de ser una escala centígrada, ya que adoptando el punto triple del agua como punto fijo primario con la temperatura de 0,01º C, el intervalo que le separaba del punto de ebullición del agua no era de 100º C.

Fotografía de uno de los termómetros usados en la primera comparación de los prototipos españoles del metro y del kilogramo con los patrones internacionales en el BIPM. Colección de pesas y medidas del CEM

En la actualidad, la escala de temperatura vigente y aceptada a nivel internacional es la Escala Internacional de Temperatura de 1990, en ella se establece que la unidad básica de la magnitud física temperatura termodinámica (símbolo T) es el kelvin (símbolo K), y se continúa definiendo como la fracción 1/273,16 de la temperatura termodinámica del punto triple del agua. Además como se consideró práctica corriente la expresión de una temperatura por su diferencia a 273,15 K (punto de fusión del hielo), se aceptó el uso de la temperatura Celsius (símbolo t), definida por:

t/°C = T/K - 273,15

La unidad de temperatura Celsius es el grado Celsius (símbolo °C), que es, por definición, igual en magnitud al kelvin.

La escala Delisle es una forma de medir temperatura concebida en 1732 por el astrónomo francés Joseph-Nicolas Delisle (1688-1768).

Sus unidades son los grados Delisle (o De Lisle), se representan con el símbolo ºD y cada uno vale -2/3 de un grado Celsius o Kelvin. El cero de la escala está a la temperatura de ebullición del agua y mide 150 ºD para la fusión del agua, va aumentando según descienden las otras escalas hasta llegar al cero absoluto a 559,725ºD.

Los termómetros de mercurio construidos por Delisle contaban con 2400 graduaciones y fueron bastante usados en la Rusia del siglo XVIII.

La escala Leiden se utilizaba a principios del siglo veinte para calibrar indirectamente bajas temperaturas, proporcionando valores convencionales kelvin de la presión de vapor del helio. Esta escala se utilizaba en temperaturas inferiores a -183 °C, el punto fijo de temperatura definido por la Escala International de Temperatura en los años treinta.

Los orígenes de esta escala se remontan aproximadamente a 1894, cuando el laboratorio de criogenia de Heike Kamerlingh Onnes' se estableció en Leiden, Holanda.

Informes reconocidos afirman¹ que esta escala se basa en la escala kelvin, introduciendo una pequeña variante de manera que el punto de ebullición del hidrógeno y del oxígeno sea cero y 70 respectivamente, lo que resulta bastante inverosímil. El oxígeno bajo una atmósfera estándar hierve a una temperatura que oscila entre 90.15 y 90.18 K. En el caso del hidrógeno depende de la variedad molecular. El punto de ebullición es de 20.390 K para lo que se considera hidrógeno "normal" (compuesto por un 75% de orto-hidrógeno y un 25% de para-hidrógeno) y 20.268 K en el caso de para-hidrógeno. Según esta hipótesis, el cero absoluto correspondería a -20.15 ÐL.