LA TEMPERATURA - Scale di temperatura

LA TEMPERATURA

La temperatura è la grandezza fisica che esprime lo stato termico di un sistema e che descrive la sua attitudine a scambiare calore con l'ambiente o con altri corpi. Quando due sistemi sono posti a contatto termico, il calore fluisce dal sistema a temperatura maggiore a quello a temperatura minore fino al raggiungimento dell'equilibrio termico, in cui i due sistemi si trovano alla stessa temperatura.

Il concetto di temperatura è associato all'idea di fornire una misura relativa di quanto i corpi risultino freddi o caldi al tatto. I termini temperatura e calore sono quindi correlati ma si riferiscono a concetti diversi: la temperatura è una proprietà di un corpo, il calore è una forma di energia che fluisce da un corpo a un altro per colmare una differenza di temperatura.

Per ottenere misure di temperatura si sfruttano generalmente metodi indiretti basati sugli effetti di processi di riscaldamento o raffreddamento; il metodo più usato consiste nella misurazione della dilatazione termica subita dai corpi. Il convenzionale termometro a mercurio misura la variazione di volume del mercurio posto in un capillare di vetro, quando viene messo in contatto termico con il corpo di temperatura ignota. L'allungamento della colonna di mercurio è proporzionale alla temperatura del corpo. Se si cede calore a un gas ideale contenuto in un recipiente a volume fisso, l'aumento di temperatura si può calcolare misurando la variazione di pressione nel recipiente (legge di Gay-Lussac).

Scale di temperatura

Una delle prime scale di temperatura fu studiata dal fisico tedesco Gabriel Daniel Fahrenheit. Nella scala Fahrenheit, al punto di congelamento (e di fusione) del ghiaccio è attribuito il valore di temperatura di 32 °F, e al punto di ebollizione il valore di 212 °F. Nella scala centigrada, o Celsius, introdotta dall'astronomo svedese Anders Celsius e impiegata nella maggior parte dei paesi, il punto di fusione corrisponde a 0 °C, quello di ebollizione a 100 °C. In ambito scientifico è più diffusa invece la scala assoluta, o Kelvin, inventata dal matematico e fisico britannico William Thomson Kelvin. In questa scala lo zero assoluto è a -273,15 °C (che corrisponde a 0 K) e l'intervallo di temperatura assegnato a un grado è uguale a quello della scala centigrada. La corrispondente scala Rankine, usata soprattutto nei paesi anglosassoni, pone lo zero assoluto a -459,67 °F, che corrisponde a 0 °R, e il punto di congelamento a 491,67 °R.

Effetti della temperatura

La temperatura è una delle grandezze che incidono pesantemente sulle condizioni di sopravvivenza degli esseri viventi. Gli uccelli e i mammiferi hanno un intervallo molto stretto di temperatura corporea che garantisce la sopravvivenza, e devono quindi proteggersi dagli eccessi di caldo e di freddo. Le specie acquatiche sopravvivono solo entro uno stretto intervallo di temperatura variabile da specie a specie. Ad esempio, un aumento di temperatura di pochi gradi dell'acqua di un fiume, dovuto al rilascio di calore da parte di un impianto di produzione di energia, può costituire un elemento di inquinamento idrico che provoca la morte di un gran numero di pesci.

Anche le proprietà chimiche e fisiche dei materiali risentono sensibilmente delle variazioni di temperatura. A temperature artiche ad esempio, l'acciaio diventa molto fragile e si rompe facilmente; i liquidi solidificano, oppure diventano molto viscosi, cioè meno fluidi. A temperature prossime allo zero assoluto, i materiali assumono proprietà molto diverse da quelle caratteristiche a temperatura ambiente. Ad alte temperature, i materiali solidi liquefanno o passano allo stato gassoso, e i composti chimici possono scomporsi nei loro costituenti elementari.

La temperatura dell'atmosfera si comporta diversamente a seconda che si considerino zone continentali o zone oceaniche. In gennaio ad esempio, le terre continentali dell'emisfero del Nord sono molto più fredde delle zone oceaniche delle stesse latitudini, mentre in luglio la situazione si ribalta. A basse altitudini poi, la temperatura dell'aria dipende principalmente dalla temperatura superficiale della terra. La temperatura degli strati più bassi dell'atmosfera è determinata non dai raggi diretti del sole che li attraversano, ma dal calore rilasciato dal suolo in seguito all'irraggiamento solare. Questo fenomeno spiega il motivo per cui la temperatura diminuisce all'aumentare della quota passando da un valore medio di riferimento di 15,5 °C a livello del mare (nelle zone temperate), ai -55 °C degli 11.000 m sul livello del mare. Al di sopra di questa quota, la temperatura rimane pressoché costante fino a 33.500 m. Per l'indice temperatura-umidità.