Introduzione
La temperatura è una delle sette grandezze fondamentali del sistema internazionale ed è una misura rappresentativa dello stato termico di un corpo.
Se tocchiamo un corpo, abbiamo una sensazione soggettiva della temperatura; per avere una quantificazione precisa e oggettiva, ci serve un nuovo strumento di misura, il termometro.
Termometro e Scala Celsius
Vogliamo costruire un termometro, per la misura della temperatura, in gradi Celsius.
Secondo la scala Celsius, lo zero è definito in corrispondenza della temperatura assunta da una miscela di acqua e ghiaccio; mentre si assume il valore 100 in corrispondenza dell’acqua in stato di ebollizione.
Tutto ciò ad una pressione atmosferica normale (1 atm).
Tutti i corpi tendono a dilatarsi, aumentando le loro dimensioni, quando vengono riscaldati. Prendiamo ad esempio un comune termometro: quando esso viene messo a contatto con un corpo più caldo, il mercurio contenuto nella colonnina si dilata e il suo livello si alza.
Per tarare il termometro immaginiamo di eseguire il seguente esperimento: prendiamo una bacinella piena di acqua e ghiaccio; poniamo dentro un termometro a mercurio (privo di scala) e aspettiamo che il livello del mercurio si stabilizzi.
Fissiamo lo 0 della scala in corrispondenza del livello che il mercurio assume.
Adesso prendiamo una bacinella con acqua portandola allo stato di ebollizione: mettiamo dentro il termometro e aspettiamo che il livello si stabilizzi.
A quel punto segniamo il livello raggiunto sul termometro che per definizione della scala di Celsius si assume essere pari a 100.
A questo punto, al fine di determinare i valori di temperatura intermedi o maggiori di 100 o inferiori a 100, si suddivide l’intervallo 0-100 in cento parti individuando in tal modo una unità di grado centigrado.
Il simbolo del grado Celsius è il seguente: °C.
La misura della temperatura nel S.I.
L’unità di misura della temperatura nel SI è il Kelvin (K).
Nella scala Kelvin la temperatura di fusione del ghiaccio è di 273,15 K mentre il valore della temperatura in Kelvin dell’ebollizione dell’acqua è di 373,15: quindi l’intervallo numerico è pari 100 come nel caso della scala Celsius.
Di conseguenza il singolo grado Celsius equivale all’unità Kelvin.
La relazione matematica che lega le due unità di misura della temperatura è la seguente:
T(K) = t(°C) + 273,15
t(°C) = T(K) – 273,15
La variazione di temperatura si indica con:
∆T = Tf – Ti
Tf –> temperatura finale
Ti —> temperatura iniziale
La differenza di temperatura espressa nelle due scale di unità di misura (°C, K) ha un valore numerico identico.
ti = 12 °C –> Ti = 285,15 K
tf = 76 °C –> Tf = 349,15 K
∆t = tf – ti = 76 – 12 = 64 °C
∆T = Tf – Ti = 349,15 – 285,15 = 64 K