Termómetros de gas y la escala Kelvin

La definición de temperatura en términos de movimiento molecular sugiere que debería haber una temperatura mínima posible, donde la energía cinética promedio de las moléculas es cero (o el mínimo permitido por la mecánica cuántica). Experimentos confirman la existencia de dicha temperatura, llamada cero absoluto. Una escala de temperatura absoluta es aquella cuyo punto cero es el cero absoluto. Tales escalas son convenientes en la ciencia porque varias magnitudes físicas, como el volumen de un gas ideal, están directamente relacionadas con la temperatura absoluta.

La escala Kelvin es la escala de temperatura absoluta que se utiliza comúnmente en la ciencia.

La escala Kelvin es parte del sistema SI de unidades, por lo que su definición real es más complicada que la dada anteriormente. Primero, no se define en términos de los puntos de congelación y ebullición del agua, sino en términos del punto triple. El punto triple es la combinación única de temperatura y presión en la cual hielo, agua líquida y vapor de agua pueden coexistir de manera estable. La temperatura del punto triple se define como 273.16 K. Esta definición tiene la ventaja de que aunque la temperatura de congelación y de ebullición del agua dependen de la presión, solo hay una temperatura de punto triple.

Aun con puntos bien definidos en la escala, diferentes termómetros dan resultados algo diferentes para otras temperaturas. Por lo tanto, se requiere un termómetro estándar. Los metrologistas han elegido el termómetro de gas de volumen constante para este propósito. Un recipiente de volumen constante lleno de gas es sometido a cambios de temperatura, y la temperatura medida es proporcional al cambio de presión. Los resultados dependen en cierta medida de la elección del gas, pero cuanto menos denso sea el gas en la ampolla, mejores serán los resultados para diferentes gases. Si los resultados se extrapolan a densidad cero, los resultados concuerdan bastante bien, con una presión cero correspondiendo a una temperatura de cero absoluto. Los termómetros de gas de volumen constante son grandes y alcanzan el equilibrio lentamente, por lo que se utilizan principalmente como estándares para calibrar otros termómetros.