Introduzione-Temperatura

Fino od ora abbiamo studiato il moto dei corpi e le cause che lo provocano, ora vogliamo affrontare lo studio di processi di tipo completamente diverso, ossia processi legati allo stato di moto delle particelle che costituiscono il corpo in esame. Parliamo del riscaldamento, della dilatazione, dei passaggi da uno stato ad un altro,..

Per descrivere questi processi si possono seguire due strade :

1. Descrizione macroscopica
2. Descrizione microscopica

La prima descrive il comportamento globale di tutte le particelle che costituiscono il corpo disinteressandosi dello stato di moto che le singole particelle hanno istante per istante. Quello che interessa è il comportamento globale dell’insieme.

Questi sistemi vengono detti termodinamici e vengono descritti tramite grandezza fisiche globali come il volume, la temperatura e la pressione e, la branca della fisica, termodinamica.

La seconda, la descrizione microscopica, consiste nell’esaminare il comportamento delle singole particelle dell’insieme e la descrizione del sistema è fatta tramite grandezze che sono relative alla particella, come ad esempio la sua energia o il loro numero, ..Questa trattazione costituisce la teoria atomica del calore.

Temperatura

La temperatura è indice dello stato di agitazione della materia.

Dire che un corpo ha un suo stato di agitazione significa dire che tutte le sue particelle si trovano in quello stato di agitazione. Ad esempio nei solidi saranno presenti delle vibrazioni, mentre nei gas avremo un moto caotico delle sue molecole.

Più un corpo è caldo e più questa agitazione è forte. L’agitazione termica porta a far possedere alle particelle una velocità, ed è una velocità caotica, che varia in continuazione.

Questo è quello che intendiamo per temperatura. Maggiore è la velocita delle molecole, quindi maggiore è la loro energia cinetica, e maggiore è la temperatura del corpo.

La temperatura è una grandezza fisica che descrive il comportamento globale di un sistema termodinamico e ci da un’indicazione dello stato termico di un corpo.

Toccando due corpi a temperature diverse abbiamo sensazioni diverse e possiamo anche stabilire quale è più caldo e quale più freddo. Se poi li mettiamo a contatto e attendiamo un tempo succientemente lungo, essi finiranno per sembrarci ugualmente caldi., diremo allora che hanno raggiunto l’equilibrio termico.

Al variare della sensazione di caldo che percepiamo, vengono anche a variare altre sue caratteristiche, quali ad esempio il suo volume, la sua lunghezza, il suo colore, ..

Possiamo allora pensare di scegliere un corpo, o meglio una sostanza e vedere come varia una delle sue proprietà al variare dello stato termico.

 

Un aggeggio del genere è detto termoscopio e ci permette di decidere se un corpo è più caldo o più freddo di un altro.

 

 

E’ formato da un recipiente a forma di bulbo con un capillare, in esso introduciamo un liquido, alcool, mercurio, olio, … nella parte non occupata dal liquido cìè il vuoto. Se lo immergiamo in due contenitori con dell’acqua a due temperature diverse, nel termoscopio tenuto a temperatura maggiore il liquido sale rispetto all’altro.

Sale perchè il liquido si dilata, ossia si espande. Se tariamo il sistema, ossia se facciamo tante tacchette sul bulbo lì dove arriva il liquido ogni volta che variamo la temperatura dell’acqua, otteniamo uno strumento di misura, più o meno valido.

 

Scale termometriche

 

Per dare una valutazione numerica e precisa alla temperatura dobbiamo partire da stati termici affidabili, stabili e riproducibili.

Scala Celsius

Per questa scala sono stati scelti, come punti fissi di riferimento, la temperatura di fusione del ghiaccio a pressione atmosferica normale ( 760 mmHg ) e la temperatura di ebollizione dell’acqua sempre a pressione normale. A questi due punti si è convenuto di assegnare i valori 0⁰C e 100⁰C.

Un termometro non è altro che un termoscopio con una scala graduata, esso sfrutta la dilatazione termica dei corpi.

Per costruire la scala centigrada si pone il termometro nel ghiaccio fondente e all’altezza raggiunta dal mercurio si fa corrispondere il valora zero, successivamente si pone il termometro nei vapori di acqua bollente e all’altezza raggiunta si fa corrispondere il valore 100. L’intervallo delle posizioni raggiunte viene suddiviso in cento parti uguali.

Il grado Celsius è la 100-esima parte dell’intervallo 0 – 100

Scala Kelvin

Ne diamo, per ora un accenno. Consideriamo tutte le temperature raggiungibili

 

 

Possiamo ammettere che per temperature positive non abbiamo quasi limite, basta pensare alla temperatura del Sole. Invece per le temperature negative un limite c’è.

Esiste una temperatura minima assoluta che vale -273,15 detta, appunto, temperatura assoluta, che corrisponde allo stato in cui l’energia delle particelle di un corpo è minima ( non zero ).

Si introduce una scala termometrica che non è mai negativa, che parte, come zero, dal valore della temperatura assoluta.

T = 273,15 + t

t = gradi Celsius

T = gradi Kelvin

Potete vederla come una trasliterazione della scala Celsius. Ad esempio la temperatura di fusione del ghiaccio è O⁰ C oppure 273,15 ⁰K.

Più avanti approfondiremo questo argomento.

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