¿Cómo sabemos que -273,15 centígrados es 0 kelvin?

Question

No dudo en absoluto de que los humanos sepan que -273,15 centímetros es 0 Kelvin. Sólo tengo curiosidad.

Supongamos que sólo sabes dos cosas:

1. Una nueva escala de temperatura conocida como la escala centígrada, calibrada contra los puntos de congelación y ebullición del agua utilizando ingeniosos termómetros de vidrio (o cualquier otro termómetro estándar para el caso).
2. La termodinámica tal y como era a mediados de 1800, es decir, el conocimiento de que la temperatura debería ser una cantidad estrictamente positiva.

¿Cómo pasas de saber esas dos cosas a decir "¡Ajá! Ahora he deducido que la temperatura cero absoluta en el sentido termodinámico moderno es, en la escala de grados centígrados, de -273,15!"

Answer 1

No estoy seguro de cómo se habría obtenido un valor preciso alrededor de 1800. Así es como hice que mis estudiantes de química derivaran un valor aproximado con un equipo simple.

El aparato es una bola de acero hueca de unos 10 cm de diámetro conectada a un manómetro. También está involucrado un termómetro capaz de -70 C a 100 C.

El bulbo de este aparato se sumerge entonces en agua hirviendo, agua helada y una mezcla de hielo seco y acetona. La temperatura y la presión se registran para cada tratamiento. Luego se traza la presión frente a la temperatura. Dado que P es proporcional a T, resulta un gráfico lineal. Cuando el gráfico se extrapola a P = 0, la temperatura es razonablemente cercana a -273 C.

Como la temperatura es una medida de la energía cinética media de las partículas, la temperatura termodinámica debería ser cero cuando las partículas dejen de moverse. Cuando las partículas ya no se mueven, la presión también debería ser cero.