Tres escalas, una magnitud física
Celsius, Fahrenheit y Kelvin miden todas la misma magnitud física subyacente, la temperatura termodinámica, pero usan distintos puntos cero y distintos tamaños de paso («grados»), razón por la cual la misma temperatura física tiene tres valores numéricos diferentes según cuál escala se use para expresarla. Ninguna de las tres escalas es más «real» que las otras en un sentido físico -- son distintas convenciones de etiquetado aplicadas a la misma magnitud térmica continua.
De dónde vinieron Fahrenheit y Celsius
La escala Fahrenheit fue ideada por el físico Daniel Gabriel Fahrenheit a principios de la década de 1720. La escala de Fahrenheit terminó por asentarse en dos puntos de referencia ahora familiares, el punto de congelación del agua a 32 °F y el punto de ebullición del agua a 212 °F, un tramo de 180 grados entre ellos, y sigue siendo la escala de temperatura cotidiana en Estados Unidos.
La escala Celsius, propuesta por el astrónomo Anders Celsius en 1742, originalmente fijaba el 0 en el punto de ebullición del agua y el 100 en su punto de congelación -- lo inverso de la convención moderna -- y más tarde se invirtió a la disposición familiar de 0 °C en la congelación y 100 °C en la ebullición, ambos bajo presión atmosférica estándar. Celsius (en su orientación moderna e invertida) es la escala cotidiana usada en la mayor parte del mundo actualmente.
Kelvin: la escala que comienza en el cero absoluto
El kelvin es la unidad base del SI de temperatura termodinámica y la escala usada en toda la ciencia. Comparte el mismo tamaño de «grado» que Celsius -- un cambio de un kelvin es idéntico en magnitud a un cambio de un grado Celsius -- pero su punto cero se establece en el cero absoluto, el punto teórico en el que un sistema físico contiene una energía térmica mínima, en lugar de en una propiedad del agua. Como Celsius y Kelvin comparten el mismo tamaño de paso, las dos escalas están relacionadas por un desplazamiento fijo simple (273,15), no por una multiplicación de escalado, a diferencia de la relación entre Celsius y Fahrenheit.
El cero absoluto equivale a exactamente 0 K, −273,15 °C y −459,67 °F, y ningún sistema físico puede descender por debajo de él -- es un límite inferior genuino de la temperatura, no simplemente un valor medido muy frío. Como el kelvin comienza en este verdadero cero físico, las razones de valores en kelvin son físicamente significativas de una manera en que las razones de valores en Celsius o Fahrenheit no lo son: 200 K representa genuinamente el doble de la escala de energía térmica que 100 K, mientras que 200 °C no es el doble de caliente que 100 °C en el mismo sentido físico, ya que 0 °C es un punto de referencia arbitrario (el punto de congelación del agua) en lugar de un cero verdadero.
Las fórmulas de conversión exactas
Convertir entre Fahrenheit y Celsius usa una fórmula lineal exacta fijada por los puntos de referencia definidos de las dos escalas, no una aproximación: °F = °C × 9/5 + 32, y en la dirección inversa, °C = (°F − 32) × 5/9. Como Kelvin y Celsius comparten el mismo tamaño de grado y difieren solo por un desplazamiento fijo, convertir entre ellos es una simple suma o resta: K = °C + 273,15.
El desplazamiento de 273,15 de Celsius a Kelvin es un valor definido exacto, no una cifra redondeada ni medida experimentalmente -- tras la revisión de 2019 del Sistema Internacional de Unidades, la magnitud del kelvin queda fijada por un valor definido exacto de la constante de Boltzmann, lo que hace que la relación numérica K = °C + 273,15 sea una cuestión de definición y no de medición.
Por qué el kelvin no lleva símbolo de grado
A diferencia de Celsius y Fahrenheit, que se escriben con un símbolo de grado (°C, °F), el kelvin se escribe simplemente como «kelvin», símbolo K, sin la palabra grado ni el símbolo ° -- una convención fijada por la 13.ª Conferencia General de Pesas y Medidas (CGPM) en 1967/68. Esto refleja el estatus del kelvin como escala absoluta anclada a un punto cero físico fijo, en contraste con Celsius y Fahrenheit, ambas definidas en relación con una referencia arbitraria (una propiedad del agua, en el caso de Celsius) en lugar de un verdadero cero físico.
Escribir «grados Kelvin» o un símbolo ° antes de la K es, por lo tanto, un error de uso común pero desactualizado, incompatible con la definición de la unidad desde 1967/68 -- el uso moderno correcto es simplemente «300 K», no «300 °K» ni «300 grados Kelvin».
Tabla de conversión verificada
La tabla siguiente enumera puntos de referencia físicos familiares en las tres escalas, útiles para verificar cualquier resultado de conversión individual contra un punto de anclaje conocido.
| Punto de referencia | Celsius | Fahrenheit | Kelvin |
|---|---|---|---|
| Cero absoluto | −273,15 °C | −459,67 °F | 0 K |
| El agua se congela (1 atm) | 0 °C | 32 °F | 273,15 K |
| Temperatura corporal humana típica | ≈37 °C | ≈98,6 °F | ≈310,15 K |
| El agua hierve (1 atm) | 100 °C | 212 °F | 373,15 K |
Preguntas frecuentes
¿Cuál es la fórmula exacta para convertir Celsius a Fahrenheit?
°F = °C × 9/5 + 32. Por ejemplo, 20 °C se convierten en 20 × 1,8 + 32 = 68 °F. Esta es una relación lineal exacta fijada por los puntos de referencia definidos de las dos escalas, no una aproximación.
¿Cómo se convierte Celsius a Kelvin?
Suma 273,15: K = °C + 273,15. Por ejemplo, 0 °C (el punto de congelación del agua) equivale a 273,15 K, y 100 °C (el punto de ebullición del agua) equivale a 373,15 K. Este desplazamiento es un valor definido exacto bajo el SI, no una cifra redondeada.
¿Qué es el cero absoluto y por qué importa?
El cero absoluto es el límite inferior teórico de la temperatura, el punto en el que un sistema físico contiene una energía térmica mínima, igual a exactamente 0 K, −273,15 °C y −459,67 °F. Importa porque el kelvin lo usa como su punto cero, razón por la cual los valores en kelvin (a diferencia de los de Celsius o Fahrenheit) pueden compararse significativamente como razones -- y por la cual ninguna temperatura físicamente válida puede caer por debajo de él.
¿Por qué se escribe «kelvin» y no «grados Kelvin»?
La 13.ª Conferencia General de Pesas y Medidas (1967/68) redefinió la unidad como simplemente «kelvin» (símbolo K), eliminando la palabra «grado» y el símbolo ° que Celsius y Fahrenheit conservan, para reflejar el estatus del kelvin como escala absoluta ligada a un punto cero físico fijo en lugar de una referencia arbitraria como el cero de Celsius o Fahrenheit.
¿Cuándo se crearon las escalas Fahrenheit y Celsius?
Daniel Gabriel Fahrenheit ideó su escala a principios de la década de 1720. Anders Celsius propuso la suya en 1742, originalmente con los puntos de referencia invertidos (0 en la ebullición, 100 en la congelación) respecto de la convención moderna, que más tarde se invirtió a la disposición familiar de hoy de 0 °C en la congelación / 100 °C en la ebullición.
Referencias
- National Institute of Standards and Technology (NIST) -- Special Publication 811: Guide for the Use of the International System of Units (SI), 2008 Edition.
- Bureau International des Poids et Mesures (BIPM) -- The International System of Units (SI Brochure), 9th edition, 2019.
- Bureau International des Poids et Mesures -- Resolution 3 of the 13th General Conference on Weights and Measures (CGPM), 1967/68, definition of the unit kelvin.