Appunti corso Scienze Biologiche, fisica-termologia

Termologia: che cos'è la temperatura

Da una percezione tattile possiamo determinare se una temperatura è più o meno elevata. Osservando possibili stati termici diversi, se mettiamo una sbarra di un materiale che si scalda facilmente sulla fiamma, osserviamo facilmente che questa sbarretta viene piegata, e quindi capiamo che c'è uno stato termico diverso con cui abbiamo a che fare.

Possiamo osservare che mettendo a contatto un corpo caldo e uno freddo, dopo un certo periodo di tempo questi si trovano all'equilibrio termico: non notiamo più alcuna differenza, il freddo e il caldo si devono scambiare. Se abbiamo A e B in equilibrio termico con il corpo C, allora si vede che A e B sono in equilibrio termico fra loro. A e B non si toccano, in quanto fra di loro c'è un isolante, dunque non possono scambiarsi calore ma, in contatto entrambi con C, si portano entrambi in equilibrio.

Come possiamo definire una scala di temperature?

Se dobbiamo definire la temperatura di un corpo, è necessario attribuire una scala di grandezza per definire una scala di temperature. Come facciamo?

• Prendiamo un'ampolla in cui viene fatto per una parte il vuoto e per una parte mettiamo il mercurio (a temperatura ambiente è liquido). Se mettiamo quest’ampolla a contatto con il ghiaccio (temperatura di 0 gradi centigradi), avviene una diminuzione di volume e quindi ci possiamo segnare a che livello dell'ampolla arriva il mercurio quando è a contatto con il ghiaccio che sta fondendo. Sappiamo che il ghiaccio che sta fondendo mantiene una temperatura costante finché non sarà completamente fuso e quindi possiamo indicare, come riferimento per il mercurio che è diminuito di volume, un punto 0 °C.
• Mettere a bollire una pentola d'acqua, quindi arrivare al punto di ebollizione dell'acqua, a 100 °C. Se mettiamo l'acqua che sta bollendo a contatto con la nostra ampolla di mercurio, osserviamo che il volume di mercurio cresce fino ad arrivare ad un certo punto dove si ferma perché l'acqua bolle a 100 °C. Segniamo questo punto.

Abbiamo determinato i punti di riferimento da 0 °C a 100 °C e questa è una convenzione che permette di determinare tutta la scala, in quanto basta che dividiamo da 0 fino a 100 in cento parti uguali. Questo comunque si fa in maniera più semplice se abbiamo un capillare di mercurio perché così abbiamo un'espansione lineare di mercurio e riusciamo a segnare facilmente una nostra scala.

L’aumento di temperatura causa un aumento di volume. Il primo esperimento che determinò ciò fu l'esperimento dell'anello di Gravesande e l'equazione che determina l'aumento del volume in funzione della temperatura, quindi come avviene la dilatazione volumica. C'era un oggetto sferico metallico e si costruiva un anello in modo tale che la sfera potesse passare all'interno di questo anello. Mettendo una fiamma sotto questa sfera si nota che una volta entrata, la sfera non riusciva più ad uscire, questo perché la sfera è aumentata di suo volume.

Se invece abbiamo a che fare con un oggetto che può essere definito come una superficie possiamo notare che la superficie in funzione della temperatura sarà: L’aumento di temperatura causa un aumento della superficie.