Parliamo di temperatura

Benvenuti

Benvenuti a questo nuovo post di Esperimentificio on the road! Come avrete notato, in questo periodo sta facendo caldo, parecchio caldo, e non mi venite a dire che è normale, che d’estate ha sempre fatto caldo, perché di normale qui non c’è niente, e ve lo faccio vedere.

Fa sempre più caldo

Ho recuperato in rete, vi lascio qui sotto la fonte, i dati sulle temperature medie registrate dalla stazione meteo di Roma ciampino a luglio, dal 1990 al 2026, e me li sono studiati.

come vedete dal grafico, la temperatura media è aumentata di quasi un grado ogni 10 anni dal 1990, e se pensate che sia poco, ricordatevi cosa vi succede quando avete 37 di febbre e quando ne avete 38!

peggio ancora, se guardiamo i giorni in cui la temperatura media, che quindi tiene conto sia di quelle del dì che della notte, è stata maggiore di 30°, stanno continuando ad aumentare.

Quindi, quando sentite persone che minimizzano, o addirittura negano, che le temperature stiano aumentando, non credetegli! Anzi, fate una bella cos: non credete neppure a me, che non conto niente, ma imparate a leggere i dati, acapire se chi vi racconta una cosa lo sta facendo per amore della verità o perché ha un interesse che le cose vadano in un verto modo, verificate, studiate… Non dovete diventare per forza scienziati, ma è necessario che abbiate le competenze per capire quando qualcuno mostra i dati in modo obiettivo e quando invece li distorce per il proprio tornaconto.

Solo così non vi farete fregare!

La temperatura

Come avrete capito, parleremo di… TEMPERATURA!

Bene, quindi cominciamo dalle basi: scommetto che se vi chiedo di dirmi cos’è la temperatura vi trovereste in difficoltà a rispondermi, mentre sapete benissimo come la temperatura si misura, vero?

Come sempre, le cose all’apparenza più banali, nascondono un sacco di soreprese, e per rispondere a queste domande è necessario introdurre un po’ di concetti fisici.

Principio zero della termodinamica

Cominciamo dalle cose semplici e introduciamo quello che viene spesso chiamato principio zero della termodinamica e che ha a che fare con l’equilibrio termico:

Se il corpo A è in equilibrio termico con il corpo B, e B è in equilibrio termico con C, allora A è in equilibrio termico con C.

Altrimenti detto, esiste una grandezza, che noi chiamiamo temperatura, che ci dice se due corpi sono in equilibrio termico fra loro:

Se due corpi sono in equilibrio termico fra loro, hanno la stessa temperatura.

A questo punto, non sappiamo ancora cosa sia la temperatura, però sappiamo misurarla: un termometro, infatti, non è altro che uno speciale esempio di corpo B nel principio zero: un oggetto in cui abbiamo messo una scala graduata che possiamo usare per confrontare la temperatura di altri oggetti e verificare se è uguale o no.

Un termometro sfrutta qualche proprietà di un materiale che può cambiare quando è messo a contatto con corpi a diversa temperatura, per esempio:

• la dilatazione termica di un liquido come l’alcol o il mercurio
• la pressione di un gas in un recipiente chiuso e non deformabile la resistenza elettrica
• ecc. ecc.

Una volta trovata la proprietà, si vede come varia e si può dire se un oggetto è più caldo o più freddo in base alla variazione di questa proprietà. Per esempio: se usiamo la dilatazione di un liquido, possiamo dire che un oggetto ha una temperatura più alta di un altro se fa salire di più il livello del liquido in un capillare.

Scale di temperatura

A questo punto però non abbiamo ancora un termometro, perché ci manca una scala di temperatura, e per are una scala ci servono almeno 2 punti fissi a cui assegnre il valore alto e basso della scala.

Faccio un esempio: se volessi creare la scala di temperatura Tonini potrei dire che il valore zero della scala corrisponde alla temperatura che c’è a Treviso a mezzogiorno del 26 dicembre, giorno del compleanno di Michelangelo e, che ne so, assegnare invece il valore 50 alla temperatura che c’è a mezzogiorno del 6 luglio, sempre a Treviso. Questa però, oltre a essere una scala un po’ scomoda, perché dovrei aspettare due date precise per tarare ogni nuovo termometro, non sarebbe nemmeno affidabile, perché le temperature di quei giorni cambiano e due termometri tarati in anni diversi darebbero risultati incoerenti. Perciò è necessario trovare punti che hanno sempre la stessa temperatura, indipendentemente dalle condizioni esterne, e gli inventori di termometri si sono sbizzarriti in questo.

Ci sono almeno 35 scale termometriche conosciute, e alcune hanno scelto dei punti fissi piuttosto strani. Robert Boyle, per esempio, ne costruì una in cul uno dei punti fissi era il congelamento dell’olio di anicce (vai a sapere perché, magari gli piaceva la sambuca…) altri hanno pensato alla fusione del burro, o alla temperatura del sangue… Quelle più famose, che sono rimaste fino a noi sono:

Scala Fahrenheit: inventata nel 1724 ha come punto di minimo a zero gradi la temperatura di fusione di una miscela di ghiaccio e cloruro di ammonio (praticamente pipì) e copunto di massimo a 96° la temperatura…di sua moglie (eh sì).

Scala Réaumur: introdotta nel 1732, lo zero è la temperatura del ghiccio che fonde, mentre l’altro punto fisso è la temperatura di ebollizione dell’acqua a p atmosferica che è fissato a… 80°! Perché 80 e non 100, lo sa solo lui. Questa scala si usa nella produzione del Parmiggiano Reggiano, anche qui, se volete sapere perché chiedete a qualche casaro…

Scala Celsius: beh questa la conoscete tutti, no? fu introdotta nel 1742 da Anders Celsius e ha come zero la temperatura del ghiaccio fondente e 100°C quella… E invece no! Celsisu la pensò al contrario, cioè da 100 a 0 e fu invertita solo dopo la sua morte, nel 1745. che poi, ragionando termicamente sarebbe più logico usare la scala originale di Celsius, ma il motivo ve lo spiego dopo.

Che cos’è la temperatura

Ora sappiamo come misurare la temperatura però non abbiamo ancora capito cos’è esattamente… vediamo di capirci qualcosa in più.

Abbiamo visto che due corpi in equilibrio termico sono alla stessa temperatura.

Abbiamo anche sperimentato, almeno una volta nella vita, che se mettiamo un corpo caldo a contatto con uno più freddo, quello caldo si raffredderà un po’ e quello freddo si scalderà finché raggiungeranno la stessa temperatura.

Sappiamo anche che la temperatura non dipende da quanto grande è un oggettoi: se prendiamo un litro d’acqua a 40°C e lo aggiungiamo a un altro litro d’acqua a 40°C non otteniamo due litri a 80°C, ma saranno semnpre a 40°C.

Per capire cos’è la temperatura però ci serve un’altra informazione, cioè che, anche se noi non ce ne accorgiamo, gli atomi che formano un qualsiasi corpo sono sempre in movimento. Nei gas, gli atomi si muovono liberamente e si urtano fra loro e con le pareti del recipiente, dando origine alla pressione, mentre nei solidi sono bloccati in certe posizioni ma vibrano e oscillano attorno a esse. Più gli atomi si muovono velocemente e più alta è la loro energia.

La Temperatura è proprio la misura dell’energia cinetica media degli atomi: più alta è l’energia cinetica media, più alta è la temperatura, e viceversa. Ok, la cosa è un pelino più complicata, ma il concetto fondamentale è questo.

Temperatura minima

  Ora, capito che la temperatura misura un’energia cinetica media, cioè, in parole povere quanto velocemente si muovono gli atomi in un oggetto, possiamo trarre alcune conclusioni:

1. che non ha senso parlare di temperatura di un singolo atomo, ma ce ne devono essere molti
2. Se la temperatura misura la velocità degli atomi, esiste una temperatura che possiamo associare allo stato con tutti gli atomi fermi, quindi abbiamo trovato un punto fisso perfetto per farci una scala, cioè la temperatura a cui gli atomi sono tutti fermi, a cui possiamo assegnare il valore zero. Tale temperatura è detta zero assoluto e non si può raggiungere realmente, ma si può calcolare. nella scala Celsius corrisponde a -273,15°C

Abbiamo quindi costruito una scala assoluta di temperature, che ha solo valori positivi. Nel sistema internazionale, questa scala si chiama Kelvin e le suddivisioni (che non si chiamano gradi, ma solo kelvin) sono uguali a quella Celsius. Perciò 0 K corrispondono a -273,15°C, l’acqua congela a 273,15 K e bolle a 373,15 K. Se si fa la stessa cosa con i Fahrenheit si ottiene la scala Rankine.

Temperatura massima

Adesso verrebbe da ciedersi: ma se c’è una temperatura minima, c’è anche una temperatura massima?

La questione non è così semplice, infatti, teoricamente uno potrebbe aspettarsi che l’energia cinetica possa aumentare fino all’infinito, e di conseguenza anche la temperatura. Secondo la meccanica quantistica, però, esisterebbe una temperatura, detta temperatura di Planck, oltre la quale non si può andare. tale temperatura vale circa 1,42×10³² K, cioè

142.000.000.000.000.000.000.000.000.0000

Diciamo che per noi mortali è praticamente identica a infinito.

Ora vi lascio al video che vi racconta tutto questo, buona visione!