Temperatura
La temperatura è la grandezza fisica che indica lo stato termico di un corpo. Essa si misura con lo strumento chiamato termometro. La costruzione del termometro non è affatto banale e può essere portata a termine attraverso una serie di esperienze.
Innanzitutto occorre aver osservato che lo stato termico di un corpo, cioè la sensazione di caldo o freddo che i nostri sensi avvertono toccandolo, è in grado di variare alcune proprietà (grandezze fisiche) di un corpo (volume, densità, ecc…).
Inoltre occorre aver notato che due corpi che al tatto ci danno differenti sensazioni di caldo e di freddo, se messi in contatto fra loro, dopo un po’ di tempo ci appariranno avere lo stesso grado di caldo o freddo, ad un livello intermedio tra gli stadi iniziali. Diremo in questo caso che hanno raggiunto l’equilibrio termico. Questa esperienza, che vale per tutti i corpi messi a contatto, è conosciuta come principio zero della termodinamica.
Già a questo punto si può costruire uno strumento che ci dà una valutazione oggettiva dello stato termico di un corpo. Basta scegliere un corpo, una sua proprietà $G$, porlo in contatto con altri corpi e prendere nota della variazione di $G$. Quello realizzato si chiama termoscopio. Ecco quello costruito da Galileo che si basa sulla densità dell’aria:
- Per ottenere un termometro, a partire dal termoscopio, occorre avere dei punti di taratura, facili da riprodurre, a cui associare dei valori convenzionali. Questi si possono ottenere, se col termoscopio, facendo esperimenti, si è notato che i passaggi di stato avvengono mentre lo stato termico del corpo si mantiene costante ad una certa pressione. L’acqua è uno di queste sostanze. Il suo stato termico, alla pressione di 1 atmosfera ($101 \times 10^3$ Pa), si mantiene costante quando passa da ghiaccio a liquido, e quando bolle (passaggio da liquido a gas).
In corrispondenza ai precedenti stati dell’acqua, si assegnano rispettivamente i valori di 0 °C e 100 °C. Tale intervallo, sul termoscopio viene poi diviso, arbitrariamente, in 100 parti uguali. Inoltre, tale l’intervallo viene esteso con lo stesso criterio per misurare temperature inferiori a 0 °C e superiori a 100 °C. Solo adesso avremo il termometro che fornirà misure in gradi centigradi.
Nell’ottimo video che segue si mostra come si tara un termoscopio. L’autore non lo dice, ma presuppone che la pressione atmosferica dei punti di taratura, sia pari a 101 kPa.
Alla pressione di $101$ kPa , l’acqua bolle alla temperatura di 100 °C. Che dato curioso… non bolle a 98 °C o 101.5 °C, ma proprio a 100 °C. Come mai?
Temperatura di equilibrio
Il seguente esperimento mostra quanto vale la temperatura di equilibrio di due masse di acqua (uguali e diverse) e giunge a certe conclusioni.
Malintesi sul significato di temperatura
Il video seguente mostra quanto sia diffuso il malinteso sul concetto di temperatura. Due oggetti diversi ma alla medesima temperatura, al tocco sembrano darci sensazioni di caldo e freddo diversi. Ciò è dovuto ad un’altra caratteristica dei materiali detta conducibilità termica di cui si parlerà più avanti. Per il momento ricordati di non affidarti alle sensazioni del nostro corpo per inferire la sua temperatura.
Bibliografia
Fisica 1, Meccanica e termodinamica, C. Mencuccini e V. Silvestrini, Liguori Editore, II edizione 1987
