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DIDATTICA PER LE SCUOLE

Cod Art 0120 | Rev 00 | Data 06 Mar 2009 | Autore N. Castronuovo

TEMPERATURA E CALORE....QUALE SIGNIFICATO?

Foto1Si sente parlare ormai da molti anni di effetto serra, di cambiamenti climatici, di riscaldamento globale ecc…Ma in sostanza, conosciamo l'esatto significato del termine calore e del termine temperatura? Sappiamo cos'è il calore, e che cosa è necessario per misurare questa forma di energia? La temperatura degli oceani è in rialzo! Non solo, molte aree del mondo sono soggette all'innalzamento delle temperature con conseguente desertificazione! La nostra pelle è dotata di particolari cellule sensoriali che ci permettono di percepire le sensazioni termiche, vale a dire il caldo e il freddo. Molto spesso queste sensazioni ci inducono a formulare ipotesi errate all’idea di caldo e di freddo, quindi sono soggettive. Per esempio l’acqua che scorga da un rubinetto può sembrare più calda per alcuni e meno calda per altri. Negli ambienti scientifici invece sono indispensabili dati oggettivi, cioè acquisiti attraverso delle misurazioni. Dobbiamo quindi definire alcuni termini e imparare a misurare le grandezze.

Il concetto di temperatura, per quanto ovvio, è invece meno semplice di quanto si possa pensare. La temperatura è una proprietà. In fisica si asserisce che i sistemi (un insieme di oggetti), in equilibrio termico con altri sistemi (un altro insieme di oggetti), hanno una proprietà in comune, alla quale si da il nome di temperatura. Se invece i sistemi non sono in equilibrio, si avrà sempre un trasferimento di calore dal corpo più caldo al corpo più freddo (mai viceversa a meno che non si utlizzi energia, è il caso per esempio dei frigoriferi e delle celle di Peltier). Quindi possiamo definire la temperatura come la proprietà che regola il trasferimento di energia termica, ossia del calore.

Il calore è quindi una forma di energia che fluisce da un corpo più caldo verso un corpo più freddo, ed è la causa delle variazioni di temperatura: un corpo quando riceve calore si scalda e di conseguenza la sua temperatura aumenta, al contrario, un corpo quando perde calore si raffredda e perciò la sua temperatura diminuisce. Questi fattori sembrano elementari e conosciuti da tutti, ma in sostanza sappiamo come si manifestano e come si misurano? Forse non ci siamo mai posti questi interrogativi, ma è importante conoscere tutto questo per prendere coscienza dei cambiamenti climatici.

La misura della temperatura

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Per misurare la temperatura si utilizza uno strumento chiamato termometro. Serve a determinare la scala dei valori di quella grandezza che abbiamo chiamato temperatura. Per realizzare un termomentro occorre definire due variabili indipendenti (per esempio il livello di un liquido e la pressione di un gas inerte). Se consideriamo un classico termometro a mercurio, le variabili indipendenti sono il livello del liquido e la pressione del gas all'interno del bulbo capillare. Si pone poi il termometro nel ghiaccio fondente alla pressione di 1 atmosfera e si segna una tacca dove livello del mercurio si ferma, poi si mette lo stesso strumento nei vapori dell'acqua in ebollizione e si segna una tacca al nuovo livello di mercurio. Se arbitrariamente dividiamo gli intervalli tra le due tacche in 100 tacche più piccole e tutte uguali, abbiamo ottenuto un termometro a liquido che misura la temperatura in gradi Celsius o gradi centigradi.

Quando i corpi cambiano la loro temperatura, modificano alcune loro proprietà. Una di queste è il volume, che nella maggioranza dei casi aumenta quando aumenta la temperatura, e diminuisce quando scende. L’aumento di volume in questo caso si chiama dilatazione termica, la diminuzione è detta contrazione termica. Il termometro a mercurio sfrutta questa proprietà, ossia la dilatazione del mercurio quando sottoposto a temperature crescenti. Altri elementi, composti e materiali si comportano nel modo opposto, ossia si dilatano al calare della temperatura.

Le scale termometriche

Abbiamo gia visto la scala centigrada, che misura appunto la temperatura in gradi centigradi. Ma esistono anche altre unità di misura. Nei paesi anglosassoni è ancora diffusissima la scala Fahrenheit (simbolo °F), introdotta dal fisico tedesco Gabriel D. Fahrenheit (1686-1736). In base ai punti di riferimento scelti, la temperatura del ghiaccio fondente corrisponde al valore di 32 F e quella dell’acqua in ebollizione al valore di 212 F, e l’intervallo tra le due temperature è diviso in 180 parti uguali, ciascuna corrispondente a un grado °F. La scala Kelvin, o scala assoluta, ideata dal fisico inglese William Thomson Kelvin (1824-1907), ha come unità di misura il grado kelvin (simbolo K ), che ha la stessa ampiezza del grado centigrado, ma assume come punto di riferimento lo zero assoluto (0 K), che corrisponde alla più bassa temperatura raggiungibile nell’universo: -273,15 °C. Il grado Kelvin rappresenta l’unità di misura della temperatura nel Sistema Internazionale (S.I.).

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Abbiamo imparato una cosa che sembrava scontata ma che forse non conoscevamo a fondo.