SCALE TERMOMETRICHE

SCALE TERMOMETRICHE
Abbiamo già visto a lezione che la
temperatura è la grandezza che
rende quantitativa e oggettiva la
nostra percezione di caldo e di
freddo. Come l'energia, anche la
temperatura è una grandezza
alquanto sfuggente: noi non la
vediamo
né
la
percepiamo
direttamente: la possiamo solo
misurare attraverso un termometro.
Il termometro, come dice il suo
nome, è un misuratore di
temperatuta (termo=temperatura,
metro=misura). Esso si basa sul
fatto che all'aumentare del'energia termica praticamente tutti i corpi
si dilatano; di conseguenza è possibile usare la dilatazione di un corpo
come indicatore della sua temperatura. Il materiale usato all'interno
del termometro ha il nome di sostanza termometrica: nei termometri
da laboratorio esso spesso è mercurio o alcool.
La misura della temperatura dipende dalla scala termometrica usata.
Storicamente sono state introdotte diverse scale di temperatura: le
più importanti sono quella centigrada (usata attualmente da tutte le
nazioni), la scala Fahrenheit, la scala Kelvin (usata per applicazini
scientifiche) e la scalaRéaumur, attualmente del tutto abbandonata.
In questa breve pagina sono riassunte le principali scale
termometriche che sono state usate durante il corso degli anni in varie
nazioni.
Qualunque sia la scala di temperatura, la sua definizione segue sempre
la stessa tecnica: si definiscono due stati termodinamici,
chiamati punti fissi termometrici, i più precisi possibili e si definisce il
valore della temperatura per i due stati. Ad esempio, per la scala
centigrada i due stati termodinamici sono quello del ghiaccio fondente
(mistura ghiaccio+acqua) e dell'acqua bollente: le due teperature
associate sono 0 °C e 100 °C. Da questa semplice analisi va da sé che le
diverse scale termometriche differiscono fra loro a seconda dei due
stati termodinamici scelti e dei valori di temperatura adottati.
SCALA CELSIUS:
La scala Celsius è così chiamata dal
nome dell'astronomo svedese Anders
Celsius (1701-1744), che la propose
per la prima volta nel 1742. Essa fissa
il punto di congelamento dell'acqua a
0 °C e il punto di ebollizione a 100 °C.
In origine invece la scala fu ideata da
Celsius perché il punto di ebollizione dell'acqua fosse a 0 °C, e il punto
di congelamento a 100 °C; solo dopo la sua morte, nel 1744, la scala fu
modificata in quella oggi di uso comune, ovvero invertita.
Poiché ci sono cento divisioni tra questi due punti di riferimento, il
termine originale per questo sistema era centigrado o centesimale.
Anders Celsius in origine propose che il punto di congelamento fosse
100 °C, e il punto di ebollizione 0 °C. La scala fu rovesciata nel 1747 su
suggerimento di Linneo, o forse di Daniel Ekström, il produttore della
maggior parte dei termometri utilizzati da Celsius.
La scala Celsius è utilizzata nella maggior parte del mondo
quotidianamente, anche se nei mass media era ancora chiamata
frequentemente centigrada fino agli anni Novanta, in particolar modo
nelle previsioni del tempo. Negli Stati Uniti e in Giamaica si utilizza
invece la scala Fahrenheit, ma anche questi due Paesi utilizzano la
scala Celsius oppure la kelvin nell'ambito di applicazioni scientifiche o
tecnologiche.
SCALA KELVIN:
La scala kelvin prende il nome dal
fisico ed ingegnere irlandese William
Thomson, nominato barone con il
nome di Lord Kelvin. Egli propose
per primo questa definizione nel
1868, partendo dalla considerazione
termodinamica che esiste una
temperatura
minima
assoluta,
lo zero assoluto. La scala kelvin
prende come punti termometrici lo
zero assoluto, a cui dà il zalore 0 K, e
il punto dì congelamento dell'acqua a cui associa la temperatura
di 273,15 K. Il valore 273,15 K è stato introdotto affinché la distanza in
gradi fra lo zero assoluto ed il punto di congelamento dell'acqua sia la
stessa se espressa in kelvin o in Celsius: in questo modo il grado kelvin
ed il grado Celsuius risultano avere la stessa ampiezza.
Mentre la scala Celsius è pratica dal punto di vista umano, in quanto si
basa sulla temperatura di congelamento e di ebollizione dell'acqua
(che sono temperature di cui si ha quotidianamente esperienza
diretta), quella kelvin è più rigorosa (prende atto esplicitamente della
presenza di un minimo assoluto di temperatura) e si presta ad essere
usata come unità di misura facilmente riproducibile. Come diremo
sotto, la scala kelvin è attualmente la scala termometrica presa come
fondamentale per la misura della temperatura.
SCALA FAHRENHEIT:
La scala Fahrenheit è una scala di temperatura così
chiamata in onore del fisico tedesco Gabriel
Fahrenheit, che la propose nel1724. È tutt'ora in uso
negli Stati Uniti d'America e inGiamaica. Fahrenheit
stabilì che il punto zero della sua scala (0°F) doveva
essere la temperatura alla quale un'ugual mistura di
acqua, ghiaccio e sale si scioglie - la temperaura più
bassa raggiungibile in laboratorio a quel tempo -: in
quel modo ogni temperatura misurabile sarebbe
sempre stata maggiore di zero. Fissò inoltre il punto
di 96°F alla temperatura del sangue, usando
inizialmente del sangue di cavallo (Fahrenheit era
veterinario e usava i termometri per misurare la salute
dei cavalli). La sua scala conteneva originariamente solo 12
suddivisioni, ma in seguito divise ognuna di queste in 8, dando così un
totale di 96 suddivisioni. Osservò successivamente che l'acqua
congelava a circa 32°F e bolliva a circa 212°F.
La definizione della scala termometrica basata su mistura di sale e
sangue di cavallo non è molto esatta, sia perché diverse miscele di sale
hanno temperature differenti sia per la difficoltà di trovare cavalli da
portare all'interno di laboratori moderni - nel 1724 i cavalli erano
molto più comuni di oggi, essendo le automobili di quel tempo -;
inoltre la temperatura di un cavallo cambia da animale ad animale. Per
questo la scala Fahrenheit è stata ridefinita in modo più preciso,
associando al punto di congelamento ed al punto di ebollizione
dell'acqua rispettivamente 32 gradi e 212 gradi Fahrenheit esatti,
suddividendo così i due estremi in 180 gradi. L'unità di questa scala, il
grado Fahrenheit (°F) è 5/9 di un grado Celsius. Il risultato fu che la
temperatura di un corpo umano sano passò dai 96°F originari a 98,6°F.
La scala Fahrenheit è stata per molto tempo usata nei Paesi di lingua
inglese finché non fu adottata la scala Celsius negli anni '60 e '70.
Tuttavia, molte persone, soprattutto anziane, continuano a utilizzarla.
Negli Stati Uniti d'America e in Giamaica la scala Fahrenheit continua
ad essere usata dalla maggior parte della popolazione, anche se per
scopi scientifici e tecnologici viene utilizzata l'unità di misura Kelvin
(SI).
Una temperatura di -40 °C è la stessa per le scale Celsius e Fahrenheit.
Quindi, un metodo per convertire celsius in fahrenheit è di aggiungere
40, moltiplicare per 1,8 e sottrarre 40. Al contrario, per convertire
fahrenheit in celsius occorre sommare 40, dividere per 1,8 e sottrarre
40.
Risulta comoda per i bollettini meteorologici. Infatti, siccome l'unità
di misura è i 5/9 di un grado Celsius, se si vuole evitare di ricorrere alle
cifre decimali, il valore Fahrenheit è più preciso del valore Celsius.
Inoltre, la temperatura dell'aria al suolo nella maggior parte delle aree
abitate del pianeta tende a rimanere tra 0 °F e 100 °F: perciò, la scala
Fahrenheit permette di indicare la temperatura con due sole cifre
senza bisogno del segno.
Infine, alcune curiosità legate alla scala Fahrenheit:i congelatori sono
normalmente impostati a -18°C perché corrispondono a 0°F (0°F = 17.78°C); la carta brucia a 451°F (232.78°C), questo il motivo del titolo
del famoso romanzo di fantascienza scritto da Ray Bradbury
"Fahrenheit 451".
SCALA REAUMUR:
La scala Réaumur ha ormai solo un interesse storico, essendo
stata abbandonata da tutti. Essa fu proposta da René
Antoine Ferchault de Réaumur, nel 1731 basandosi sulla
dilatazione dell' alcool. I suoi due punti termidinamici sono
quello di fusione del ghiaccio fissato a 0 gradi Réaumur, e
quello di ebollizione del'acqua fissato ad 80 gradi Réaumur.
I punti di riferimento fissati sono dunque gli stessi della scala
Celsius, ma l'intervallo è suddiviso in 80 parti (anziché 100).
L'uso della scala ottantagesimale invece della scala
centigrada è dovuto al fatto che Réaumur graduò il tubo
dove scorreva l'alcool in modo che la tacca di un grado corrispondesse
alla millesima parte del volume del bulbo di alchool usato come
termometro. In altre parole, Réaumur notò che al passaggio dal ghiaccio
fondente al punto di ebollizione dell'acqua il volume del termometro
aumentava di circa 80 millesimi del volume iniziale; volendo definire il
grado come la millesima parte del volume del bulbo a 0° ottenne perciò
80 suddivisioni fra la temperatura del ghiacco fondente e quella
dell'acqua bollente.
Da quello che abbiamo scritto sopra è evidente che ogni scala
termometrica è nata con una sua propria definizione, indipendentemente
una dall'altra. Attualmente però si preferisce considerare una scala di
temperatura come fondamentale da cui definire tutte le altre. La scala di
temperatura presa come fondamentale nel sistema internazionale è
quella kelvin: ogni altra scala di temperatura è ricavata da questa con una
conversione matematica.