Objetivo del tema: Resolver reactivos de conversión de escalas termométricas, dilatación lineal, superficial y volumétrica, calorimetría en cuerpos aislados y cambios de estado, y aplicar la primera ley de la termodinámica con el criterio de signos correcto.

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Escalas de temperatura y dilatación térmica

Temperatura y calor NO son lo mismo. La temperatura mide la energía cinética promedio de las partículas y se mide con termómetros; el calor es energía en tránsito de un cuerpo caliente a uno frío y se mide en joules o calorías. Un vaso de agua y una alberca pueden estar a 25 °C (misma temperatura) y contener cantidades de energía térmica muy distintas.

La termometría se basa en una propiedad que cambia de forma predecible con la temperatura: la dilatación de un líquido (mercurio, alcohol), la de un metal (bimetálico), la presión de un gas a volumen constante, la resistencia eléctrica (termistor), el voltaje de una unión de dos metales (termopar) o la radiación emitida (pirómetro e infrarrojo).

Escala	Fusión del hielo	Ebullición del agua	Divisiones entre ambos	Cero absoluto
Celsius	0 °C	100 °C	100	−273.15 °C
Fahrenheit	32 °F	212 °F	180	−459.67 °F
Kelvin (absoluta del SI)	273.15 K	373.15 K	100	0 K
Rankine (absoluta inglesa)	491.67 °R	671.67 °R	180	0 °R

T_C=\tfrac{5}{9}\,(T_F-32) \qquad T_F=\tfrac{9}{5}\,T_C+32 \qquad T_K=T_C+273.15 \qquad T_R=T_F+459.67

Ejemplo resuelto. Un termómetro marca 68 °F. ¿Cuánto vale en kelvin?
Paso 1: pasa a Celsius. T_C = (5/9)(68 − 32) = (5/9)(36) = 20 °C.
Paso 2: pasa a Kelvin. T_K = 20 + 273.15 = 293.15 K ≈ 293 K.
Nunca conviertas de Fahrenheit a Kelvin de un salto: siempre pasa por Celsius.

Un grado Celsius y un kelvin miden lo MISMO tamaño de intervalo: si algo se calienta 40 °C, también se calentó 40 K. Por eso en ΔT da igual usar °C o K, pero en una temperatura absoluta (leyes de los gases, eficiencia) sólo sirve el kelvin. En cambio 1 °C equivale a 1.8 °F, por eso aparece el factor 9/5.

Dilatación térmica. Casi todos los cuerpos aumentan sus dimensiones al calentarse porque sus partículas vibran con mayor amplitud. Hay tres casos, y el coeficiente cambia según cuántas dimensiones estás midiendo: superficial γ = 2α y volumétrico β = 3α.

\Delta L=\alpha L_0\,\Delta T \qquad \Delta A=2\alpha A_0\,\Delta T \qquad \Delta V=3\alpha V_0\,\Delta T

Material	α (×10⁻⁶ °C⁻¹)	Dato útil
Aluminio	24	se dilata justo el doble que el acero
Latón	19	clásico en el bimetálico junto al acero
Cobre	17	tuberías y cables
Acero / hierro	12	rieles, puentes, concreto armado
Concreto	12	igual que el acero: por eso el armado no se agrieta
Vidrio común	9	se estrella con cambios bruscos
Vidrio pyrex	3.2	resiste el horno por dilatarse poco

Ejemplo resuelto. Una esfera de cobre de 500 cm³ se calienta 80 °C. ¿Cuánto aumenta su volumen?
Paso 1: es volumen, así que el coeficiente es 3α = 3(17 × 10⁻⁶) = 51 × 10⁻⁶ °C⁻¹.
Paso 2: ΔV = 3αV₀ΔT = (51 × 10⁻⁶)(500)(80) = 2.04 cm³.
El volumen final es 502.04 cm³. Fíjate que ΔV sale en las mismas unidades que V₀: no hace falta convertir a m³.

Trampa favorita del IPN: el agujero también se dilata. Si calientas una placa con una perforación, el hueco se agranda igual que si estuviera lleno del mismo material. Por eso una tapa metálica atorada se afloja con agua caliente. Y el otro error típico es usar α cuando piden área (va 2α) o volumen (va 3α).

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