Temperatura: unidades y conversión entre Celsius y Fahrenheit

Cuando una plancha se calienta, cuando te frotas las manos en una mañana fría o cuando el sol entibia el agua de un tanque, la energía se está transformando, y casi siempre ese cambio se nota en la temperatura. Medirla es una de las formas más sencillas de seguirle la pista a la energía. En esta lección vas a ver qué mide un termómetro, cómo se registran las temperaturas en un experimento y cuáles son las unidades de temperatura.

En el colegio trabajas con grados Celsius, pero muchas recetas de cocina, hornos, termómetros caseros y aparatos fabricados para otros países vienen en grados Fahrenheit. Por eso también vas a aprender a pasar de una escala a la otra, sin confundir el orden de las operaciones.

Temperatura, calor y transformaciones de la energía#

En el habla diaria se dice «hace calor» para hablar de la temperatura, pero en Ciencias son dos ideas distintas. La temperatura describe el estado de un cuerpo: qué tan caliente está. El calor es energía que pasa de un cuerpo más caliente a uno más frío. Una taza de café y una olla grande llena de café pueden estar a la misma temperatura, pero la olla guarda mucha más energía, porque tiene muchas más partículas en movimiento.

Cuando la energía cambia de una forma a otra, una parte suele terminar como energía térmica, y por eso la temperatura sirve como testigo de muchas transformaciones:

• Al frotar las manos, la energía del movimiento se transforma en energía térmica y la piel se entibia.
• En un bombillo incandescente, la energía eléctrica se transforma en luz, pero también en mucho calor: por eso quema al tocarlo.
• Al cocinar con gas, la energía química del combustible se libera como energía térmica y luz.
• En un calentador solar, la energía de la luz del sol se transforma en energía térmica que calienta el agua.
• El motor de una licuadora transforma energía eléctrica en movimiento, y una parte se pierde como calor: después de un rato de uso, la base se siente tibia.

Hay un caso curioso: mientras el hielo se derrite, recibe energía y sin embargo su temperatura no sube, porque esa energía se usa para separar sus partículas y convertirlo en líquido. Lo mismo pasa cuando el agua hierve. Al nivel del mar, el agua hierve a unos 100 °C; en lugares altos, como el Valle Central, hierve a una temperatura algo menor, porque la presión del aire es más baja.

Cómo se mide y se registra la temperatura#

Hay varios tipos de termómetro. En el de líquido, un líquido coloreado se dilata al calentarse y sube por un tubo muy delgado con una escala marcada. El digital usa un sensor electrónico y muestra el número en una pantalla. El infrarrojo mide, sin tocar, la radiación que emite la superficie de un objeto. Sea cual sea, conviene seguir estas reglas al medir en un experimento:

1. Usa el mismo termómetro durante todo el experimento.
2. Sumerge la punta en el líquido sin apoyarla en el fondo ni en las paredes del recipiente.
3. Espera a que la lectura deje de cambiar antes de anotarla.
4. Lee la escala de frente, a la altura de los ojos, si el termómetro es de líquido.
5. Anota cada valor con su unidad y con el momento en que lo mediste, en una tabla.

Ejemplo. Un grupo pone al sol una lata pintada de negro con 200 mL de agua y mide la temperatura cada 5 minutos. Sus datos (inventados para practicar) son: minuto 0, 24,0 °C; minuto 5, 27,0 °C; minuto 10, 30,0 °C; minuto 15, 32,0 °C; minuto 20, 33,0 °C. ¿Cuánto subió la temperatura y cuál fue el aumento promedio por minuto?

Solución. El aumento total es la temperatura final menos la inicial: 33,0 °C − 24,0 °C = 9,0 °C. Como pasaron 20 minutos, el aumento promedio fue de 9,0 ÷ 20 = 0,45 °C por minuto. Los datos muestran además que el agua se calentó más rápido al principio (3 °C en los primeros 5 minutos) que al final (1 °C en los últimos 5). La transformación es de energía luminosa en energía térmica.

Las escalas Celsius, Fahrenheit y kelvin#

El Instituto Nacional de Estándares y Tecnología de los Estados Unidos (NIST) explica que en la escala Celsius el agua se congela a 0 °C y hierve a unos 100 °C. En la escala Fahrenheit, esos mismos dos puntos son 32 °F y 212 °F. La escala kelvin empieza en el cero absoluto (0 K), la temperatura más baja posible, y por eso no tiene valores negativos. Un kelvin tiene el mismo tamaño que un grado Celsius, y 0 °C equivalen a 273,15 K. Las temperaturas en kelvin se escriben sin el signo de grado: 300 K se lee «trescientos kelvin». Puedes repasar las unidades fundamentales en la lección sobre mediciones con el Sistema Internacional.

Punto de referencia	Celsius	Fahrenheit	Kelvin
Cero absoluto	−273,15 °C	−459,67 °F	0 K
Congelación del agua	0 °C	32 °F	273,15 K
Una habitación agradable (aproximada)	20 °C	68 °F	293,15 K
Cuerpo humano (aproximada)	37 °C	98,6 °F	310,15 K
Ebullición del agua al nivel del mar (aproximada)	100 °C	212 °F	373,15 K

¿De dónde sale el 1,8?#

Entre la congelación y la ebullición del agua hay 100 grados en la escala Celsius (de 0 a 100) y 180 grados en la Fahrenheit (de 32 a 212, porque 212 − 32 = 180). Así, cada grado Celsius equivale a 180 ÷ 100 = 1,8 grados Fahrenheit, que también se escribe como la fracción 9/5. Además, las dos escalas no empiezan en el mismo punto: el 0 °C coincide con 32 °F. Por eso las fórmulas tienen dos pasos, una multiplicación o división por 1,8 y una suma o resta de 32.

Cómo convertir entre grados Celsius y grados Fahrenheit#

Estas fórmulas funcionan como un factor de conversión con un paso extra, la suma o la resta de 32. El error más común es cambiar el orden. En la segunda fórmula el paréntesis obliga a restar antes de dividir: si se divide primero, el resultado sale muy distinto.

Ejemplo. En una tarde muy calurosa, un termómetro marca 34 °C. ¿Cuántos grados Fahrenheit son?

Solución. Se multiplica por 1,8 y se suman 32: 34 · 1,8 = 61,2 y 61,2 + 32 = 93,2. Son 93,2 °F.

Ejemplo. Una receta de queque dice que se hornee a 350 °F. ¿A cuántos grados Celsius hay que poner el horno?

Solución. Se restan 32 y se divide entre 1,8: 350 − 32 = 318 y 318 ÷ 1,8 ≈ 176,7. Son unos 176,7 °C. En la práctica, las recetas redondean: la tabla aproximada del NIST para hornos pone el horno moderado entre 350 y 375 °F, o entre 180 y 190 °C.

Ejemplo. Según MedlinePlus, un niño tiene fiebre cuando la temperatura medida en la boca es de 99,5 °F o más. Comprueba que eso equivale a 37,5 °C.

Solución. (99,5 − 32) ÷ 1,8 = 67,5 ÷ 1,8 = 37,5. Así, 99,5 °F son 37,5 °C, el mismo valor que da MedlinePlus entre paréntesis. Por eso, con un termómetro que marque en Fahrenheit, conviene saber convertir antes de interpretar la lectura.

Una estimación rápida#

Para tener una idea sin calculadora, se puede duplicar la temperatura en Celsius y sumar 30. Con 20 °C da 2 · 20 + 30 = 70 °F, cerca del valor exacto, 68 °F. Sirve para estimar, no para un informe de laboratorio.

Ejemplo. ¿Hay alguna temperatura que tenga el mismo número en las dos escalas?

Solución. Se busca un número x que cumpla x = 1,8x + 32. Al pasar los términos con x a un lado: x − 1,8x = 32, es decir, −0,8x = 32, y x = 32 ÷ (−0,8) = −40. Así, −40 °C y −40 °F son la misma temperatura.

Cambios de temperatura: cuando no se suma el 32#

En los experimentos con energía casi siempre interesa cuánto cambió la temperatura, no solo cuánto marcaba. Para convertir un cambio, una diferencia entre dos temperaturas, solo se multiplica por 1,8: el 32 desaparece, porque se suma en las dos temperaturas y se cancela al restarlas. El NIST lo dice así: un intervalo de un grado Celsius corresponde a un intervalo de 1,8 grados Fahrenheit. En cambio, en kelvin un aumento tiene el mismo número que en grados Celsius.

Ejemplo. En el experimento de la lata negra, el agua pasó de 24,0 °C a 33,0 °C. Expresa ese aumento en grados Fahrenheit y en kelvin.

Solución. El aumento fue de 9,0 °C. En Fahrenheit: 9,0 · 1,8 = 16,2 °F, sin sumar 32. Se comprueba convirtiendo cada temperatura: 24,0 °C = 75,2 °F y 33,0 °C = 91,4 °F, y 91,4 − 75,2 = 16,2. En kelvin, el agua pasó de 297,15 K a 306,15 K: el aumento es de 9,0 K, igual que en Celsius.

Lo que se convierte	De Celsius a Fahrenheit	De Celsius a kelvin
Una temperatura	Multiplicar por 1,8 y sumar 32	Sumar 273,15
Un cambio de temperatura	Solo multiplicar por 1,8	El número no cambia

Ponte a prueba#

¿Cuántos grados Fahrenheit son 15 °C?#

¿Cuántos grados Celsius son 104 °F?#

¿Por qué un aumento de 5 °C equivale a 9 °F y no a 41 °F?#

¿Cuántos kelvin son −10 °C y por qué no hay temperaturas negativas en kelvin?#

¿Qué transformación de energía ocurre al frotarte las manos y cómo la comprobarías con un termómetro?#

Fuentes#

• Ministerio de Educación Pública — Programa de Estudio de Ciencias, III Ciclo de la Educación General Básica (Sétimo, Octavo y Noveno año) (PDF)
• NIST — SI Units: Temperature (kelvin, grado Celsius y fórmulas de conversión con Fahrenheit)
• NIST — Guía del SI, capítulo 4: el grado Celsius y el kelvin tienen el mismo tamaño
• MedlinePlus — Fiebre (temperaturas que indican fiebre en °F y °C)