La temperatura indica qué tan caliente o frío está algo, pero el número que lees depende de la escala. El agua se congela a 0 en la escala Celsius, a 32 en la Fahrenheit y a 273.15 en la Kelvin. Las tres describen exactamente el mismo estado físico, y pasar de una a otra requiere una multiplicación y una suma.
Aquí verás de dónde viene cada escala, los puntos fijos que la definen, las fórmulas de conversión y cómo evitar el error clásico de confundir una temperatura con un cambio de temperatura.
Contenidos
- Las tres escalas y cómo nacieron
- Puntos de referencia
- Fórmulas de conversión
- Lecturas de temperatura y cambios de temperatura
- Ejemplos resueltos
- Estimaciones rápidas de cabeza
- Otras escalas que quizá encuentres
- Errores comunes
- Ejercicios resueltos
- Preguntas frecuentes
- Calculadoras relacionadas
- Véase también
Las tres escalas y cómo nacieron
Fahrenheit (°F). El físico alemán Daniel Gabriel Fahrenheit construyó termómetros de mercurio confiables y publicó su escala en 1724. Fijó el 0 °F en la temperatura de una mezcla refrigerante de hielo, agua y sal, y usó la temperatura del cuerpo humano como segundo punto de referencia. Más tarde la escala se ajustó para que el agua se congele a 32 °F y hierva a 212 °F, separados exactamente por 180 grados.
Celsius (°C). En 1742 el astrónomo sueco Anders Celsius propuso una escala dividida en 100 grados entre el punto de congelación y el de ebullición del agua. Su versión original estaba al revés: 0 en la ebullición y 100 en la congelación. Poco después se invirtió y quedó la escala actual: 0 °C para la congelación y 100 °C para la ebullición a presión normal al nivel del mar. A su grado también se le llama grado centígrado.
Kelvin (K). En 1848 William Thomson, más tarde Lord Kelvin, propuso una escala absoluta. Empieza en el cero absoluto, la temperatura más baja posible, donde las partículas tienen el menor movimiento térmico que permite la física. El kelvin tiene el mismo tamaño que el grado Celsius, por lo que las dos escalas solo se diferencian por un desplazamiento. Desde 2019 el kelvin se define fijando la constante de Boltzmann, $latex k = 1.380649\times 10^{-23}$ J/K. Se escribe 300 K, no 300 °K: el kelvin es una unidad, no un "grado".
Puntos de referencia
| Suceso | °C | °F | K |
|---|---|---|---|
| Cero absoluto | -273.15 | -459.67 | 0 |
| Las dos escalas coinciden | -40 | -40 | 233.15 |
| El agua se congela (presión normal) | 0 | 32 | 273.15 |
| Punto triple del agua | 0.01 | 32.018 | 273.16 |
| Habitación agradable | 20 | 68 | 293.15 |
| Cuerpo humano (típico) | 37 | 98.6 | 310.15 |
| El agua hierve (presión normal) | 100 | 212 | 373.15 |
El agua hierve un poco por debajo de 100 °C (unos 99.97 °C) a presión normal al nivel del mar, y a menos temperatura en la altura, así que toma los 100 °C como un punto de referencia práctico y no como una ley universal.
Fórmulas de conversión
Lo que importa es el tamaño de los grados. Entre la congelación y la ebullición, Celsius tiene 100 pasos y Fahrenheit tiene 180, por lo que un grado Celsius equivale a 1.8 grados Fahrenheit, es decir, $latex \frac{9}{5}$. Además, Fahrenheit empieza 32 grados más arriba.
$$°F = \frac{9}{5}\,°C + 32$$
$$°C = \frac{5}{9}\,(°F - 32)$$
$$K = °C + 273.15$$
$$°C = K - 273.15$$
Al unirlas se obtiene $latex K = \frac{5}{9}(°F + 459.67)$. En la primera fórmula se multiplica primero y se suma después. En la segunda se resta primero y se multiplica después. Hacerlo en otro orden es la fuente más común de resultados equivocados.
Tres termómetros, una sola temperatura
Mueve el deslizador, escribe en cualquiera de las tres casillas o toca un punto de referencia. El líquido sube a la misma altura en todas las escalas.
Lecturas de temperatura y cambios de temperatura
Sumar 32 solo se aplica a una lectura. Un cambio de temperatura no tiene punto fijo, así que solo importa el tamaño del grado:
$$\Delta T_{°F} = 1.8\,\Delta T_{°C}$$
$$\Delta T_{K} = \Delta T_{°C}$$
Calentar agua de 20 °C a 80 °C es un cambio de 60 °C, que equivale a 60 K o a 108 °F. No son 140 °F.
En física también importan las razones. La ley de los gases ideales y las leyes de la radiación usan kelvin porque solo esa escala tiene un cero verdadero. Pasar de 20 °C a 40 °C parece duplicar la temperatura, pero en kelvin es de 293.15 K a 313.15 K, un aumento de apenas 6.8%.
Ejemplos resueltos
Ejemplo 1: de Celsius a Fahrenheit
Convierte 25 °C a Fahrenheit.
$$°F = \frac{9}{5}(25) + 32 = 45 + 32 = 77\ °F$$
Ejemplo 2: de Fahrenheit a Celsius
Convierte 104 °F a Celsius.
$$°C = \frac{5}{9}(104 - 32) = \frac{5}{9}(72) = 40\ °C$$
Ejemplo 3: de Kelvin a las otras dos
Convierte 300 K a Celsius y a Fahrenheit.
$$°C = 300 - 273.15 = 26.85\ °C$$
$$°F = \frac{9}{5}(26.85) + 32 = 80.33\ °F$$
Ejemplo 4: dónde coinciden las escalas
¿A qué temperatura Celsius y Fahrenheit marcan el mismo número? Haz $latex °F = °C = x$.
$$x = \frac{9}{5}x + 32 \;\Rightarrow\; -\frac{4}{5}x = 32 \;\Rightarrow\; x = -40$$
Entonces -40 °C es igual a -40 °F.
Ejemplo 5: la fiebre
Un termómetro marca 100.4 °F. En Celsius:
$$\frac{5}{9}(100.4 - 32) = \frac{5}{9}(68.4) = 38\ °C$$
Muchos médicos toman 38 °C (100.4 °F) como el umbral de la fiebre.
Ejemplo 6: un día caluroso
La aplicación del clima en Miami marca 95 °F. En Celsius:
$$\frac{5}{9}(95 - 32) = \frac{5}{9}(63) = 35\ °C$$
Estimaciones rápidas de cabeza
Para pasar de Celsius a Fahrenheit de forma aproximada, duplica el valor en Celsius y suma 30. Para pasar de Fahrenheit a Celsius, resta 30 y saca la mitad. Estos atajos se acercan bastante en el clima de todos los días y se alejan en los extremos.
| Lectura | Atajo mental | Valor exacto | Error |
|---|---|---|---|
| 25 °C | 2 × 25 + 30 = 80 °F | 77 °F | 3 °F |
| 10 °C | 2 × 10 + 30 = 50 °F | 50 °F | 0 °F |
| 68 °F | (68 - 30) ÷ 2 = 19 °C | 20 °C | 1 °C |
| 95 °F | (95 - 30) ÷ 2 = 32.5 °C | 35 °C | 2.5 °C |
Usa las fórmulas exactas para la tarea, los reportes de laboratorio y cualquier cosa que necesite un número confiable.
Otras escalas que quizá encuentres
La escala Rankine (°R) es la versión Fahrenheit de la escala Kelvin. Su grado tiene el tamaño de un grado Fahrenheit y su cero es el cero absoluto, por lo que $latex °R = °F + 459.67$. El agua se congela a 491.67 °R. Algunas ramas de la ingeniería estadounidense todavía la usan. La escala Réaumur, que fijaba la congelación del agua en 0 y su ebullición en 80, ya no se usa.
Errores comunes
- Sumar 32 antes de multiplicar. En °C a °F se multiplica por 9/5 primero y se suma 32 al final.
- Cambiar 5/9 por 9/5. Los grados Fahrenheit son más pequeños, así que el número en Fahrenheit es el mayor (por encima de -40). Si tu resultado va en sentido contrario, voltea la fracción.
- Sumar 32 a un cambio de temperatura. Las diferencias solo usan el factor 1.8.
- Escribir °K. El símbolo correcto es K, sin el signo de grado.
- Usar Celsius o Fahrenheit en las leyes de los gases. Convierte primero a kelvin.
- Redondear 273.15 a 273 demasiado pronto. Sirve para cálculos rápidos, pero conserva el valor completo cuando la diferencia importe.
Ejercicios resueltos
1. Convierte 68 °F a Celsius.
$latex \frac{5}{9}(68-32) = \frac{5}{9}(36) = $ 20 °C.
2. Convierte -10 °C a Fahrenheit.
$latex \frac{9}{5}(-10)+32 = -18+32 = $ 14 °F.
3. Expresa el cero absoluto (0 K) en Celsius y en Fahrenheit.
$latex 0-273.15 = $ -273.15 °C y $latex \frac{9}{5}(-273.15)+32 = $ -459.67 °F.
4. Convierte 350 K a Celsius.
$latex 350-273.15 = $ 76.85 °C.
5. Convierte 212 °F a kelvin.
Primero $latex \frac{5}{9}(212-32) = 100$ °C y luego $latex 100+273.15 = $ 373.15 K.
6. Una muestra se enfría 15 K. ¿Cuántos grados Fahrenheit se enfría?
Un cambio en kelvin es igual a un cambio en Celsius, y $latex 15\times 1.8 = $ 27 °F.
Preguntas frecuentes
¿Por qué Estados Unidos usa Fahrenheit?
La escala Fahrenheit ya estaba establecida en el mundo de habla inglesa cuando se popularizó la Celsius, y Estados Unidos nunca hizo el cambio para el clima, la cocina y la temperatura corporal. Los laboratorios y las clases de física de ese país sí usan Celsius y kelvin.
¿La temperatura puede bajar de 0 K?
No. El cero absoluto es el límite inferior, y no se puede alcanzar exactamente en un experimento real. Los físicos han enfriado materia hasta una fracción muy pequeña de kelvin por encima de él.
¿Se dice "grados Kelvin"?
No. Desde 1967 la unidad es simplemente el kelvin, con símbolo K. Celsius y Fahrenheit sí usan grados: °C y °F.
¿Por qué 37 °C es la temperatura normal del cuerpo?
Es un promedio. Las personas sanas varían unas décimas de grado según la persona, la hora del día y el sitio donde se mide.
¿Qué escala tiene el grado más pequeño?
El grado Fahrenheit es el más pequeño de los tres. Un grado Fahrenheit es $latex \frac{5}{9}$ de un grado Celsius o de un kelvin, por eso los reportes del clima en Fahrenheit pueden describir el aire con pasos enteros más finos. En la ciencia importa menos el tamaño del grado que tener un cero con significado, y esa es la ventaja de la escala Kelvin.
¿Necesito el kelvin fuera de una clase de física?
Sobre todo en química y física, siempre que una fórmula multiplique o divida por la temperatura: leyes de los gases, máquinas térmicas, radiación y velocidades de reacción. Para el clima, la cocina y la medicina basta con Celsius o Fahrenheit.