En este post se explica en qué consiste el cero absoluto de temperatura. Además, encontrarás cuál es valor del cero absoluto en diferentes escalas termométricas, y la historia acerca del cero absoluto.
Índice
¿Qué es el cero absoluto?
El cero absoluto es valor de temperatura más bajo que se puede alcanzar. El cero absoluto es el punto de partida de la escala termométrica del Kelvin, asimismo, el cero absoluto es igual a -273,15 ºC o -459,67 ºF.
La temperatura de un cuerpo es causada por el movimiento de sus partículas, es decir, cuanta más temperatura tiene un cuerpo significa que más vibran sus partículas. Por lo tanto, en teoría, en el cero absoluto de temperatura las partículas no se mueven. Sin embargo, según los principios de la la mecánica cuántica, en el cero absoluto tiene que haber una energía residual.
En este sentido, según el tercer principio de la termodinámica, es imposible alcanzar el cero absoluto de la termodinámica. De hecho, la temperatura mínima a la cual se ha podido llegar es 38 pK (0,000000000038 K) por encima del cero absoluto, aún no se ha conseguido obtener la temperatura del cero absoluto.
Valor del cero absoluto
El valor del cero absoluto de temperatura en las diferentes escalas termométricas es:
| Escala de tempertura | Valor del cero absoluto |
|---|---|
| Grados Celsius | -273,15 ºC |
| Kelvin | 0 K |
| Grados Fahrenheit | -459,67 ºF |
| Grados Rankine | 0 ºR |
Por lo tanto, las escalas de temperatura Kelvin y Rankine son absolutas porque toman su cero de temperatura en el cero absoluto. Mientras que las escalas Celsius y Fahrenheit son relativas porque su cero de temperatura es otro valor, en consecuencia, existen temperaturas negativas en estas escalas.
Temperaturas cercanas al cero absoluto
Vista la definición del cero absoluto de temperatura, en este apartado veremos valores termométricos que se han registrado muy próximos al cero absoluto. Ten en cuenta que aún no se ha podido alcanzar la ausencia de temperatura.
Se sabe que en el sistema solar hay zonas que están a una temperatura cerca de -240 ºC. Por ejemplo, en los cráteres del polo sur de la Luna.
Además, la temperatura media del universo es de aproximadamente -270,42 ºC, valor muy próximo al cero absoluto pero que aún no llega a -273,15 ºC.
Finalmente, el récord de la temperatura más baja jamás registrada se logró en 2021, cuando se llegó a la temperatura de 38 pK (0,000000000038 K). Lógicamente, esta temperatura no era natural, sino que se consiguió de manera artificial mediante un experimento científico.
Historia del cero absoluto
En este último apartado veremos el origen del concepto de cero absoluto, pues es más antiguo de lo que parece.
Ya en la antigua Grecia se empezó a considerar la existencia del cero absoluto de temperatura. Parménides de Elea (570 aC-475 aC) creía que había una sustancia elemental que se encontraba a dicha temperatura. Más tarde, Plutarco de Queronea (46-120), le puso el nombre de Primum Frigidum a esta sustancia teórica.
En 1665, Robert Boyle hizo una publicación (Nuevos experimentos y observaciones acerca del cero absoluto) en la que se concluía que el frío era la ausencia de movimiento de las partículas, asimismo, estableció que el frío no era una magnitud positiva, sino que se trata simplemente de la falta de calor. Además, Boyle defendía que los científicos primero deberían plantearse la existencia de la sustancia Primum Frigidum antes de discutir sobre su naturaleza.
A principios del siglo XVII, Guillaume Amontons (1663-1705) hizo varios experimentos relacionados con la medición de la temperatura mediante un termómetro de aire. El francés observó que en un amplio rango de temperaturas la disminución de la temperatura era proporcional a la disminución de la presión del aire. En consecuencia, llegó a la conclusión de que el cero absoluto se daría cuando la presión del aire fuese nula. La extrapolación de los resultados de Amontons indicaban que el cero absoluto se situaría a -240 ºC.
Utilizando las bases establecidas por Amontons, Johan Heinrich Lambert (1728-1777) volvió a repetir sus experimentos, pero con más cuidado y empleando mejores instrumentos. Así pues, determinó que el cero absoluto se encontraba a -270 ºC, una aproximación considerablemente mejor que la anterior. Por otro lado, dijo que el cero absoluto se debería decir frío absoluto.
Finalmente, William Thomson (1824-1907), también conocido como Lord Kelvin, abordó el significado del cero absoluto de temperatura desde una perspectiva diferente. En 1848, creó la escala termométrica del Kelvin, la cual se basaba únicamente en los principios fundamentales de la termodinámica y, por tanto, era independiente de las propiedades térmicas de cualquier sustancia. Además, aprovechó los resultados obtenidos por Carnot en su investigación sobre la eficiencia del motor térmico. Al establecer esta escala de temperatura, situó el cero absoluto en -273,15 ºC.
