La temperatura e il termometro

Misurare la temperatura

Quando veniamo a contatto con oggetti diversi, riusciamo a percepire una differenza di temperatura tra essi. Ad esempio, toccando una superficie metallica avremo l’impressione di sentire del freddo;  una superficie di legno, invece, ci darà l’impressione di una materiale più caldo.

Le sensazioni che proviamo sono soggettive, e questo spiega come mai nella stessa stagione ci sono persone che si vestono differentemente.

Tuttavia, esiste un metodo di misurazione della temperatura oggettivo, che ci dice realmente quanto caldo o freddo sia un certo materiale, o un certo ambiente. Il termometro, infatti, ci segnala la temperatura esatta del luogo in cui ci troviamo, o dell’oggetto che stiamo considerando.

 

I termometri a mercurio

I termometri moderni sono digitali, e il loro funzionamento si basa sulla tecnologia dei cristalli liquidi. Fino a poco tempo fa, però, si utilizzavano termometri al mercurio, costituiti da un tubo capillare di vetro con all’interno questo metallo.

Il mercurio è l’unico metallo che, naturalmente, si trova allo stato liquido; una delle sue caratteristiche principali è il fatto che esso si dilata in maniera lineare con l’aumentare della temperatura. Di conseguenza, il mercurio sale all’interno del tubo capillare e, attraverso una scala graduata, in base al livello che esso raggiunge, possiamo misurare la temperatura.

 

Il termoscopio 

E’ possibile determinare la temperatura di un liquido costruendo uno strumento simile al termometro, che prende il nome di termoscopio. Il termoscopio è formato da un recipiente di vetro chiuso, all’interno del quale è presente un liquido lubrificante, ad esempio un olio. Dal recipiente si alza un ubichino capillare, all’interno del quale può salire il liquido.

Per tarare il termoscopio è necessario segnare i livelli raggiunti dall’olio in due casi particolari, il caso dell’acqua sotto forma di ghiaccio, e quello dell’acqua in ebollizione.

 

termoscopio
Il termoscopio viene tarato segnando i livelli raggiunti dall’olio nel caso in cui il recipiente è immerso in acqua ghiacciata e in acqua bollente.

 

Immergendo il termoscopio in una vaschetta contenente del ghiaccio, possiamo osservare il livello raggiunto dal liquido nel tubo capillare; l’olio si trova proprio alla base di esso, ed è quindi il livello minimo.

Al contrario, se immergiamo il termoscopio in una vaschetta con dell’acqua bollente, noteremo una situazione differente; che il livello dell’olio, infatti,  salirà all’interno del capillare. La posizione raggiunta dal liquido dopo un certo periodo fornirà la temperatura dell’acqua che bolle.

Per convenzione, si assegnano le temperature di zero gradi centigradi e di cento gradi centigradi alle situazioni, rispettivamente, del ghiaccio e dell’acqua bollente.

Conoscendo le posizioni del liquido alle temperature di zero gradi e cento gradi, e dividendo l’intervallo in cento parti uguali, si ottiene una scala graduata nota come scala Celsius.

Notiamo che per misurare la temperatura di un liquido, o di un corpo in generale, si sfrutta un importante principio: l’equilibrio termico. Infatti, due corpi che vengono messi in contatto, dopo un certo periodo di tempo, raggiungono la stessa temperatura, che viene poi mantenuta nel tempo.

 

La scala Kelvin

La scala Celsius è una scala termometrica molto utilizzata nella vita di tutti i giorni; in fisica, però, molto spesso si utilizza un altro tipo di scala, la scala Kelvin. La scala Kelvin e quella centigrada presentano lo stesso tipo di variazione di temperatura, cioè la variazione di 1 K è proprio uguale alla variazione di 1° C. Tuttavia, le due scale sono legate da una relazione, che permette facilmente di passare dall’una all’altra.

La temperatura in Kelvin si ottiene da quella in gradi centigradi aggiungendo il valore 273,15:

$T_k = t_c + 273,15$

La temperatura in gradi centigradi, invece, si ottiene da quella in Kelvin sottraendo il valore 273,15:

$t_c = T_k – 273,15$

In particolare, la temperatura di 0 K, cioè di -273,15° C, viene definita zero assoluto; questa cifra rappresenta la temperatura più bassa che è possibile raggiungere raffreddando un corpo; non si può scendere, quindi, al di sotto di essa.

 

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