Scala centigrada - Descrizione, misurazione e taratura

In questo appunto viene descritta la scala Celsius, una unità di misura della temperatura, viene spiegato il processo di misura della temperatura e il processo di taratura dello strumento.

La temperatura

La temperatura è una delle sette grandezze che costituiscono il sistema internazionale.
La temperatura è una caratteristica propria di ogni corpo (ad ogni corpo può essere associata una certa temperatura).
Ogni corpo è composto di atomi i quali si muovono in modo casuale e si urtano tra di loro, gli atomi si muovono quindi possiedono una certa energia, tale energia è correlata con la temperatura del corpo.

Esistono diverse grandezze o scale di misura con le quali è possibile esprimere la temperatura di un corpo; ad esempio il sistema internazionale prevede il calcolo della temperatura utilizzando i Kelvin (K) come unità di misura.

Ogni unità di misura esprime la temperatura in modo diverso e si basa su riferimenti differenti, è però sempre possibile trasformare la temperatura da una unità di misura all’altra utilizzando le opportune formule.
È perciò sempre necessario affiancare al valore della temperatura l’unità di misura utilizzata in modo da non incorrere in ambiguità.

La temperatura ha una caratteristica particolare, essa infatti non è limitata superiormente (un corpo può possedere una temperatura molto alta) ma è limitata inferiormente.
La limitazione inferiore della temperatura può essere facilmente individuata se si considera la scala Kelvin in quanto tale scala utilizza come riferimento proprio la temperatura che corrisponde al limite inferiore.
La scala Kelvin è composta da valori unicamente positivi e assume come valore zero il valore minimo che la temperatura può raggiungere, tale valore prende il nome di zero assoluto.
Per ulteriori approfondimenti sulla temperatura in Kelvin vedi anche qua

Per ulteriori approfondimenti sul comportamento della materia allo zero assoluto vedi anche qua

La scala centigrada

Ricordiamo che ad esempio la lunghezza può essere misurata in forma diretta utilizzando un righello, in tal modo si ricava direttamente il valore della lunghezza senza dover eseguire delle ulteriori operazioni per ricavare il valore; la densità al contrario non può essere misurata in forma diretta, per poter conoscere il valore della densità è necessario misurare delle altre grandezze dalle quali si ricava poi il valore della densità dell’oggetto.

La temperatura viene sempre misurata attraverso una misura indiretta.
Ogni tipo di termometro infatti misura le variazioni di una particolare proprietà termometrica, ovvero di una delle grandezze che dipendono dalla temperatura: nei termometri a liquido la proprietà termometrica è l'altezza raggiunta dal liquido lungo il tubicino.
Tale misurazione si basa sul fatto che il volume di una sostanza dipende dalla sua temperatura perciò misurando una variazione di volume di tale sostanza e conoscendo il coefficiente di dilatazione termica è possibile ricavare la variazione di temperatura dell’oggetto.

Ovviamente la scelta del liquido da utilizzare deve essere fatta in modo adeguato in quanto la variazione di volume deve essere facilmente individuata.

Per misurare la temperatura è necessario tarare lo strumento, cioè costruire una scala che associ a ogni valore della proprietà termometrica un preciso valore della temperatura.
Considerando sempre il termometro a liquido per tarare lo strumento è necessario conoscere il valore della temperatura che corrisponde ad un certo volume e basandosi su questo è necessario costruire una scala graduata facendo coincidere una ben precisa variazione di volume con una ben precisa variazione di temperatura.

Nella scala Celsius o scala centigrada, proposta dallo svedese Anders Celsius nel 1742, si considera come materiale di riferimento l’acqua e si assegnano i valori 0 °C (zero gradi centigradi) alla temperatura del ghiaccio fondente alla pressione di 1 atm e si assegna il valore di 100°C(cento gradi centigradi) alla temperatura di ebollizione dell'acqua, sempre alla pressione di 1 atm.
L’intervallo compreso tra questi due riferimenti viene diviso in 100 parti (la divisione in 100 parti conferisce il nome “centigrada” a tale scala).

Più precisamente per tarare un termometro a liquido si mette a contatto lo strumento prima con ghiaccio fondente (tale valore corrisponderà a 0°C) e poi con il vapore sprigionato dall'acqua bollente (tale valore corrisponderà a 100°C).
Si segnano i livelli raggiunti nei due casi dalla colonna liquida e, assumendo che la relazione fra la variazione di altezza della colonna e la temperatura sia lineare, si suddivide l'intervallo in 100 parti uguali, ognuna delle quali corrisponde alla variazione di temperatura di 1 grado (1 °C).
La graduazione del termometro può essere estesa anche al di sotto di 0 °C e al di sopra di 100 °C.

Il termometro, come ogni strumento di misura, è caratterizzato da una determinata sensibilità e da una portata.
La sensibilità corrisponde alla minima variazione di temperatura che può essere misurata, quindi corrisponde alla distanza tra due tacche nella scala graduata. La sensibilità dipende quindi dal tipo di liquido utilizzato (quindi dalla sua variazione di volume) e dalla dimensione della colonna che è stata scelta.
La portata corrisponde al valore massimo di temperatura che può essere misurata (ogni termometro in genere è costruito per misure in un certo range di temperatura) e dipende anch’esso dal tipo di liquido utilizzato e dalla dimensione della colonna che costituisce il termometro.