La temperatura

La temperatura

Una delle definizioni biologiche della temperatura, che persiste tutt'ora, afferma che essa rappresenta la grandezza che esprime le nostre sensazioni di (o traduce) caldo e di freddo. Questa è senza dubbio una definizione qualitativa che, nel tempo, è stata sostituita da una descrizione più quantitativa, legata al fenomeno della dilatazione dei corpi.

La temperatura è quella grandezza fisica cui variazione dà informazioni sulla tendenza da parte di un corpo a cambiare il suo volume. Passiamo quindi a dire che la temperatura di un corpo ne esprime lo stato termico ed è un indice della tendenza del calore ad abbandonare il corpo.

Scale termometriche

Esistono diverse scale termometriche:

• Scala centigrada o Celsius
• Scala Fahrenheit
• Scala assoluta Kelvin

La scala assoluta, la cui unità di misura è il Kelvin, è definita in base alle leggi dei gas perfetti. A differenza delle scale Celsius e Fahrenheit, non è una scala convenzionale, ma una scala assoluta. Nella scala Celsius, 0 rappresenta il punto di solidificazione dell'acqua, mentre il 100 il punto di ebollizione. Nella scala Fahrenheit tali valori cambiano, e sono 32 per la solidificazione e 212 per l'ebollizione.

La temperatura assoluta prevede che lo 0 assoluto sia il limite inferiore delle temperature raggiungibili in natura. Lo zero Kelvin rappresenta il valore minimo, oltre il quale non si può andare. Infatti, la scala Kelvin non presenta valori negativi.

Relazioni tra le scale termometriche

Per passare da una scala termometrica all'altra si usano le seguenti relazioni:

• T_F = (9/5) × T_C + 32
• T_K = T_C + 273,16
• T_K = (9/5) × T_F - 459,6

Il fatto che non esistano temperature inferiori allo zero assoluto, 0K, è perfettamente spiegato dalla teoria cinetica dei gas di Boltzmann. Egli fu il primo a dimostrare che l'energia cinetica media delle molecole all'interno di un gas è direttamente proporzionale alla temperatura in Kelvin. K è la costante di Boltzmann. Questo significa che la temperatura non è altro che il grado di agitazione termica delle molecole all'interno di un gas. Quindi, le nostre sensazioni di caldo o di freddo non sono altro che sensazioni macroscopiche che a livello microscopico si riferiscono al livello di agitazione molecolare.

Calore

Il concetto di temperatura non va confuso con il concetto di calore. Mentre la temperatura rappresenta uno stato termico e quindi la tendenza da parte di un corpo a scambiare calore con un altro corpo con il quale è a contatto, il calore è una forma di energia.

Il calore è una forma di energia che viene scambiata fra corpi a temperature diverse, e si manifesta solo nel passaggio da un corpo ad un altro. Calore ed energia sono equivalenti, infatti il calore si misura in joule. Esiste, però, anche la caloria, un'unità di misura non appartenente al sistema internazionale. Una caloria (1 cal) rappresenta l'energia necessaria per innalzare la temperatura di un grammo di acqua di un grado (da 14,5°C a 15,5°C).

Principio di equivalenza tra calore e lavoro

Se in una trasformazione parte dell'energia meccanica viene spesa per creare energia termica, il loro rapporto è costante. Questo principio è stato verificato sperimentalmente da Joule. Tale esperienza gli permise di pervenire al fattore di conversione tra caloria e joule: 1 cal = 4,186 J.

Il calore può propagarsi attraverso diverse modalità, come la conduzione.