TERMOLOGIA E CALORIMETRIA TEMPERATURA e CALORE nel linguaggio comune questi sono spesso sinonimi bisogna quindi definirli in modo rigoroso

Temperatura Ordinare in ordine crescente di temperatura gli oggetti che si trovano nell’astuccio, che è in classe con noi da un po’ di tempo: matita, penna, gomma, righello, temperino, forbice…

gli ordini potrebbero essere: forbice temperino righello penna matita gomma

Ma non sono gli unici possibili… perché? Dipende dal materiale?dagli oggetti? Se ognuno avesse a disposizione gli stessi oggetti l’ordine individuato potrebbe non essere unico…perché? Cosa abbiamo utilizzato per ordinare in ordine crescente di temperatura gli oggetti? Una grandezza fisica si deve misurare in modo oggettivo e la sensazione termica non è la stessa per tutti.

Non convinti? Provate a mettere una mano in acqua calda, l’altra mano in acqua fredda e poi entrambe le mani in acqua tiepida. Cosa avvertite?

La mano che era in acqua calda sente freddo quella in acqua fredda caldo. Ma l’acqua tiepida è la stessa per le due mani quindi non possiamo fidarci della sensazione termica.

La temperatura è quella grandezza fisica che si misura con un termometro e rappresenta lo stato termico del corpo. La temperatura è una grandezza fondamentale. Nel SI l’unità di misura della temperatura è il grado kelvin (K) definito come 1/273,16 della temperatura del punto triplo dell’acqua (temperatura alla quale coesistono i tre stati dell’acqua).

Scale termometriche La temperatura può essere misurata anche in altre unità di misura, quali il grado: celsius °C reamur °r fahrenheit °F kelvin K a seconda della scala di temperatura e quindi al termometro che si utilizza.

Scala Celsius (1742) scala centigrada Punti fissi: temperatura del ghiaccio fondente 0°C temperatura di ebollizione dell’acqua distillata 100°C tali misure avvengono alla pressione atmosferica L’intervallo tra i due punti fissi è suddiviso in 100 parti e ciascuna di esse costituisce 1°C.

Scala Réamur (1730) scala ottantigrada Punti fissi: temperatura del ghiaccio fondente 0°r temperatura di ebollizione dell’acqua distillata 80°r L’intervallo tra i due punti fissi è suddiviso in 80 parti e ciascuna di esse costituisce 1°r.

scala centottantigrada Scala Fahrenheit (1724) scala centottantigrada Punti fissi: inizialmente la minor temperatura raggiungibile in laboratorio 0°F la temperatura media del corpo umano 100°F Tali punti non erano facilmente riproducibili, dunque tanto fissi non erano.

Si prendono i fenomeni delle altre scale e si pone: temperatura del ghiaccio fondente 32°F temperatura di ebollizione dell’acqua distillata 212 °F. L’intervallo tra tali valori si suddivide in 180 parti ottenendo così 1°F.

Scala Kelvin (1848) scala assoluta Punti fissi: temperatura del ghiaccio fondente 273,15 K temperatura di ebollizione dell’acqua distillata 373,15 K L’intervallo tra i due punti fissi è suddiviso in 100 parti e ciascuna di esse costituisce 1K. Una variazione di temperatura di 1°C equivale in tal caso alla stessa variazione di temperatura in gradi K.

Lo zero di tale scala costituiva la più bassa temperatura raggiungibile teoricamente in qualsiasi fenomeno ed è detta zero assoluto. Il terzo principio della termodinamica sancisce l’impossibilità di raggiungere lo zero assoluto Tale scala si basa sulle proprietà dei gas perfetti ed è anche denominata scala del gas perfetto

Corrispondenza delle temperature nelle varie scale termometriche temperatura tC tF tr tK 1 5/9(tF -32) tr 5/4 tK-273,15 9/5 tC +32 9/4 tr +32 4/5 tC 4/9 (tF -32) tC+273,15

Da Celsius a Fahrenheit La variazione di temperatura DT in °C è in relazione alle 100 parti della scala celsius, così come lo è quella in °F alle 180 parti della scala Fahrenheit. DT°C :100°C =DT°F:180°F da ciò DT°F =DT°C x180°F: 100°C ossia Dt°F = 9/5 DT°C . Inoltre 0°C corrispondono a 32°F. Una variazione di 20°C corrisponde ad una variazione di temperatura di 36°F, quindi la temperatura di 20°C corrisponde a (32+36)°F

Misura della temperatura Si deve raggiungere l’equilibrio tra lo strumento, il termometro, e il corpo di cui si vuol misurare la temperatura. Si utilizza il PRINCIPIO ZERO della termodinamica: Due corpi in equilibrio termico con un terzo corpo sono anche in equilibrio termico tra loro.

Confrontando le temperature di due corpi con uno stesso termometro si utilizza il principio zero. Se il termometro segna 0°C quando è in equilibrio termico con l’ambiente, poiché lo stesso termometro è stato tarato in equilibrio termico con il ghiaccio fondente, la temperatura dell’ambiente è la temperatura di fusione del ghiaccio. ambiente – termometro termometro – ghiaccio ambiente – ghiaccio

La dilatazione termica È alla base del funzionamento dei termometri. Il riscaldamento di una sostanza porta ad un aumento di volume della stessa, (un aumento di temperatura equivale ad un aumento di velocità delle molecole, ad un maggior numero di urti e un aumento della distanza media tra le molecole). La dilatazione termica può essere: lineare superficiale volumetrica a seconda delle caratteristiche del corpo.

Dilatazione lineare Tipica di un filo metallico o di una colonna di liquido in un tubo capillare lunghezza l0 a temperatura t0 lunghezza l1 a temperatura t1>t0 L’allungamento relativo subito dal corpo è direttamente proporzionale al salto di temperatura, e il coefficiente di proporzionalità l è detto coefficiente di dilatazione lineare è caratteristico del corpo variabile da materiale a materiale, dell’ordine di 10-6 per i solidi e 10-4 per i liquidi. Si misura in °C-1.

In formule si ha : quindi la lunghezza finale in funzione del salto di temperatura è:

Dilatazione superficiale superficie S0 a temperatura t0 superficie S1 a temperatura t1>t0 Dilatazione volumetrica volume V0 a temperatura t0 volume V1 a temperatura t1>t0