Grado Celsius, Kelvin e Fahrenheit – definizioni ed esercizi svolti

In questo appunto viene definita la temperatura e le sue scale di misurazione, vengono proposti alcuni esercizi sulle conversione tra le diverse scale di temperatura per una migliore comprensione dell’argomento.

Temperatura: Grado Celsius e Kelvin

La temperatura è una delle 7 grandezze del sistema internazionale, attraverso tali 7 grandezze è possibile esprimere tutte le altre grandezze che descrivono ciascun fenomeno.
La temperatura fa parte di quelle convenzioni usate dall’uomo per schematizzare la realtà che ci circonda, ma anche per vederne i cambiamenti e agire di conseguenza.
Capire quale unità di misura usare per i calcoli è fondamentale per la comunicazione tra scienziati e anche per impostare e calibrare con cura le strumentazioni scientifiche in laboratorio.
La temperatura si può misurare in due modi: convenzionalmente usiamo i gradi celsius o gradi centigradi, indicati con °C, usati ad esempio nei convenzionali termometri per il corpo ma anche per la temperatura esterna.
La scala Celsius è costruita considerando come riferimento la temperatura di fusione del ghiaccio e la temperatura di ebollizione dell’acqua e si divide questo intervallo in cento parti (per tale motivo tale scala è anche chiamata scala centigrada). In tal modo la temperatura di fusione dell’acqua corrisponde a T=0 °C mentre la temperatura di ebollizione dell’acqua corrisponde a T=100 °C.

In scienze, negli esperimenti, nei calcoli, nell’elaborazione e confronto dei dati scientifici ufficiali, nei dati che riguardano l’universo ecc., spesso si usano i gradi Kelvin, indicati con K.
La scala dei Kelvin considera come riferimento la temperatura più bassa che può essere raggiunta in assoluto, tale temperatura corrisponde allo zero Kelvin, chiamato anche zero assoluto (T=0K).
La temperatura espressa in Kelvin avrà perciò sempre valori positivi.
La temperatura non ha un valore che corrisponde ad un estremo superiore ma ha un estremo inferiore pari proprio a T=0K.
Nel riportare l’unita di misura dei gradi centigradi è necessario inserire il simbolo ° mentre nell’unità di misura dei Kelvin non bisogna inserire il simbolo °.

Nota bene: scrivere sempre l’unità di misura accanto al valore numerico, per non fraintendere.

In pratica, per ottenere il valore di temperatura in Kelvin si deve semplicemente considerare il valore numerico in gradi centigradi e sommare il valore +273:

Per ottenere invece il valore di temperatura in gradi centigradi si deve considerare il valore numerico in Kelvin e sottrarre 273:

Se il numero in centigradi è un numero negativo (preceduto dal segno meno), l’operazione da eseguire è sempre la stessa, ma bisogna prestare attenzione ai segni.

Ecco esercizi svolti per passare da Celsius a Kelvin:
0 °C = + 273 K
+ 23°C = + 296 K
+ 40°C = + 313 K
+ 16°C = + 289 K
+ 5°C = + 278 K
- 5°C = + 268 K
- 10°C = + 263 K
- 32°C = + 241 K
- 17°C = + 256 K

Ecco esercizi svolti per passare da Kelvin a Celsius.
0 K = - 273 °C
+ 10 K = - 263 °C
+ 23 K = - 250 °C
+ 42 K = - 231 °C
+ 71 K = - 202 °C
+ 288 K = + 15 °C
+ 273 K = 0 °C
+ 293 K = 20 °C
+ 312 K = 39 °C
+ 315 K = 42 °C
+ 453 K = 180 °C

Per ulteriori approfondimenti sulla spiegazione del funzionamento di un termometro vedi anche qua

Per ulteriori approfondimenti sul comportamento degli atomi allo zero assoluto vedi anche qua

Temperatura: Fahrenheit

Esiste un altro modo di esprimere la temperatura che prevede l’utilizzo della scala dei gradi Fahrenheit.
La scala Fahrenheit, in modo analogo alla scala Celsius considera come riferimento la temperatura in cui il ghiaccio fonde e la temperatura in cui l’acqua evapora, tale intervallo di temperature viene però diviso in 180 parti; alla temperatura di fusione del ghiaccio viene assegnato il valore di 32° Fahrenheit mentre alla temperatura di ebollizione viene assegnato il valore di 212°F.
Per esprimere una temperatura in Fahrenheit è necessario utilizzare il simbolo °, la scala Fahrenheit è caratterizzata da valori di temperatura sia positivi che negativi.
Dato che scala è suddivisa in 180 parti per eseguire la conversione non è più possibile sommare o sottrarre un valore fisso; è necessario applicare una formula di conversione appropriata.

Per ottenere il valore di temperatura in gradi Fahrenheit, noto il valore di temperatura in gradi Celsius, è necessario utilizzare la seguente formula:

Per ottenere invece il valore di temperatura in gradi Celsius, noto il valore di temperatura in gradi Fahrenheit, è necessario utilizzare la seguente formula:

Ecco esercizi svolti per passare da Celsius a Fahrenheit.
0 °C = + 32 °F
+ 23°C = + 73,4 °F
- 41 °C = - 41.8 °F
- 63 °C = - 81.4 °F

Ecco esercizi svolti per passare da Fahrenheit a Celsius.
+ 0°F = -17,78 °C
+ 5°F = -15 °C
+ 57 °F = + 13.89 °C
+ 94 °F = + 34.44 °C