La Temperatura misura lo stato di agitazione della materia: è la velocità del movimento degli atomi. Temperatura e calore sono due grandezze correlate.
La Temperatura è una grandezza intensiva, non dipende dalla quantità della materia; mentre il calore è una grandezza estensiva, dipende dalla quantità della materia.
La Temperatura è direttamente correlata al volume. Se un certa massa calda la distribuisco su un volume maggiore la temperatura del sistema diminuisce. E’ quello che succede quando il calore sale da terra, man mano che sale nell’atmosfera, il calore si distribuisce su volumi più ampi e la temperatura scende, ad un certo punto l’aria è così fredda che riprecipita verso il basso.
Sappiamo che il calore si trasferisce da un corpo caldo a uno freddo, ma quando la Temperatura di due corpi adiacenti diventa uguale, il trasferimento di energia fra i due corpi cessa.
Le tre scale: Celsius Kelvin Fahrenheit
La Temperatura si misura con un termometro con tre possibili scale:
La scala Celsius ha temperatura di congelamento dell’acqua a 0° e la temperatura di ebollizione a 100° (a livello del mare). Sotto la temperatura di congelamento assume valori negativi.
La scala Kelvin è simile alla Celsius, ma non ha valori negativi.
Nella scala Kelvin il valore 0°K corrisponde al -273,15°C, perché lo 0°K è il freddo assoluto, tutti gli atomi sono allo stato fondamentale, minima energia cinetica. Lo stato fondamentale è quello dell’atomo non eccitato, dove gli elettroni sono nel loro orbitale e non in uno stato energetico superiore.
Nell’Universo attuale la temperatura media è di 3°K, e teoricamente non si arriverà mai allo zero asoluto.
Al di là del punto di partenza, le due scale sono uguali: l’aumento di temperatura di 1 grado Celsius o di 1 grado Kelvin abbisogna delle stesse calorie: con 1 caloria innalzo di 1 grado C o K un grammo di acqua distillata a livello del mare.
La scala Fahrenheit è la terza scala. E’ in uso esclusivo negli Usa, un °F è circa 5/9 di un °C o °K.
A 32 °F il ghiaccio fonde e a 212 °F bolle: il passaggio dal ghiaccio all’ebollizione è suddiviso in 180 gradi, mentre Celsius e Kelvin in 100 gradi. °C = (°F-32)/1,8 .
Conversioni della Temperatura
Conversione Celsius in Fahrenheit °F = (9/5 °C) + 32 es 5°C diventa °F = (9/5 x 5) +32 = 41
Conversione Fahrenheit in Celsius °C = 5/9 x (°F -32) es 41°F diventa °C = 5/9 x (41-32) = 5/9 x 9 = 5
La scala Fahrenheit è usata dagli anglosassoni, assieme alla libbra e alla yarda.
Altre scale di temperatura ormai fuori uso sono Delisle, Leiden, Newton, Rankine, Rèaumur, Romer.
Termometri
La temperatura misurata dai primi termometri sfruttava la conduzione termica:
Il termometro di Galileo
Il termometro di Galileo funziona sulla dilatazione dell’alcol contenuto.
Il termometro a mercurio
Il termometro a mercurio misura la temperatura osservando la dilatazione del metallo, però da pochi anni è stato messo fuori commercio perché il mercurio è un veleno.
Il termometro a irraggiamento
Attualmente la misurazione si fà senza toccare la persona, non sfrutta la conduzione, ma si avvale di un altro modo di trasporto del calore per irraggiamento. I corpi si raffreddano emettendo raggi infrarossi.
La variazione di temperatura
Si può misurare la variazione di temperatura nel tempo, ad esempio se alle 5 del mattino la temperatura è di 20°C e alle 8 del mattino è di 25°C, la temperatura è cresciuta di 5°C o °K di 3x60x60 secondi = 5/10800 °K/s. Nello studio del clima le variazioni di Temperatura si dicono escursioni termiche: giornaliera, annuali…
Le temperature in natura
Sulla superficie del Sole, come nel nucleo della Terra si raggiungono tranquillamente i 5.000 °C.
Sulla Terra c’è un fenomeno dov’è possibile raggiungere temperature fino a sei volte superiori le temperature presenti sulla superficie il Sole, quel fenomeno si chiama fulmine.
La temperatura più bassa misurata sulla Terra è in prossimità di -89°C, cioè 184°K, nella Siberia continentale, lontano dal Mar Glaciale Artico.
La temperatura media dell’Universo è di -270°C, cioè 3°K.
La temperatura dell’atmosfera.