La escala de temperatura es una metodología para calibrar la cantidad física de temperatura en metrología . Las escalas empíricas miden la temperatura en relación con parámetros convenientes y estables, como el punto de congelación y ebullición del agua . La temperatura absoluta se basa en principios termodinámicos : usar la temperatura más baja posible como punto cero y seleccionar una unidad incremental conveniente.
Celsius , Kelvin y Fahrenheit son escalas de temperatura comunes . Otras escalas utilizadas a lo largo de la historia incluyen Rankine , Rømer , Newton , Delisle , Réaumur , Gas Mark , Leiden y Wedgwood .
La ley cero de la termodinámica describe el equilibrio térmico entre sistemas termodinámicos en forma de una relación de equivalencia . En consecuencia, todos los sistemas térmicos se pueden dividir en un conjunto de cocientes , denotado como M. Si el conjunto M tiene la cardinalidad de c , entonces se puede construir una función inyectiva ƒ: M → R , por el cual todo sistema térmico tiene asociado un parámetro de manera que cuando dos sistemas térmicos tienen el mismo valor de ese parámetro, se encuentran en equilibrio térmico. Este parámetro es propiedad de la temperatura. La forma específica de asignar valores numéricos a la temperatura es estableciendo una escala de temperatura . [1] [2] [3] En términos prácticos, una escala de temperatura siempre se basa generalmente en una sola propiedad física de un sistema termodinámico simple, llamado termómetro , que define una función de escala para mapear la temperatura al parámetro termométrico medible. Las escalas de temperatura que se basan puramente en la medición se denominan escalas de temperatura empíricas .
La segunda ley de la termodinámica proporciona una definición fundamental y natural de la temperatura termodinámica que comienza con un punto nulo de cero absoluto . Se establece una escala para la temperatura termodinámica de manera similar a las escalas de temperatura empíricas, sin embargo, necesitando solo un punto de fijación adicional.
Las escalas empíricas se basan en la medición de parámetros físicos que expresan la propiedad de interés que se medirá a través de alguna relación funcional formal, más comúnmente lineal simple. Para la medición de la temperatura, la definición formal de equilibrio térmico en términos de los espacios de coordenadas termodinámicas de los sistemas termodinámicos, expresada en la ley cero de la termodinámica , proporciona el marco para medir la temperatura.
Todas las escalas de temperatura, incluida la escala de temperatura termodinámica moderna utilizada en el Sistema Internacional de Unidades , se calibran de acuerdo con las propiedades térmicas de una sustancia o dispositivo en particular. Normalmente, esto se establece fijando dos puntos de temperatura bien definidos y definiendo incrementos de temperatura a través de una función lineal de la respuesta del dispositivo termométrico. Por ejemplo, tanto la antigua escala Celsius como la escala Fahrenheit se basaron originalmente en la expansión lineal de una estrecha columna de mercurio dentro de un rango limitado de temperatura, [4] cada uno usando diferentes puntos de referencia e incrementos de escala.