[ingegnerismo]

Misura della temperatura

La temperatura è una grandezza fondamentale della fisica, ed è pertanto definita dalla sua stessa procedura di misura. Per la misura della temperatura si usa il termometro, uno strumento sviluppato a partire dai primi anni del XVII secolo. I termometri sono basati sulla proprietà che hanno gas, liquidi e solidi di dilatarsi o contrarsi in funzione delle variazioni di temperatura. Altri tipi di termometri funzionano grazie a fenomeni elettrici. Si possono costruire diversi tipi di termometri che sono tutti basati su sistemi di misura indiretta: invece della temperatura, si misura una variabile termometrica ad essa correlata (ad esempio: l’allungamento di una colonna di mercurio, la corrente in un particolare dispositivo elettronico, la pressione in un ampolla contenente gas, eccetera).

Un primo esempio di rudimentale termometro, denominato barotermoscopio, fu descritto da G. Galilei nel 1592. Boyle e Mariotte perfezionarono il termometro a gas attorno al 1660 sviluppando una precedente idea di Amontons. Infine, Farhenheit inventò il termometro a mercurio nel 1714. Recentemente, col progredire dell’elettronica, si sono resi disponibili a basso costo vari dispositivi di misura di precisione anche molto elevata, quali termocoppie, termistori, termoresistenze.

Bisognerà quindi accertarsi che la relazione tra la variabile termometrica e la temperatura sia biunivoca, ovvero che ad un valore della prima corrisponda uno ed un sol valore della seconda, e viceversa). Successivamente, questi termometri andranno tarati, ossia messi in condizione di dare tutti la stessa indicazione se posti in contatto con lo stesso corpo. La taratura viene effettuata utilizzando i cosiddetti punti fissi (vedi immagine qui sotto), ovvero sistemi di cui è definita esattamente (per convenzione internazionale) la temperatura.

Lord Kelvin (1824-1907) si rese conto che sarebbe stato opportuno disporre, almeno dal punto di vista concettuale, di una scala di temperatura indipendente dalle proprietà di ogni sostanza. Vedremo in seguito come, sulla base del secondo principio della termodinamica, egli riuscì a definire una scala di temperature aventi tali caratteristiche, detta scala termodinamica. Dal punto di vista pratico, questo non porta alcuna complicazione poiché i valori di temperatura misurati col termometro a gas perfetto (e quindi con ogni altro dispositivo empirico ben tarato) sono perfettamente coincidenti con i valori della scala termodinamica.

Accanto alla scala assoluta di temperatura (vale a dire quella del termometro a gas) sopravvivono alcune scale pratiche adottate storicamente in passato: la scala Celsius (detta anche impropriamente centigrada), la scala Fahrenheit, la scala Rankine. Sia la scala Celsius che quella Kelvin dividono l’intervallo di temperatura tra il punto di fusione del ghiaccio e quello di ebollizione dell’acqua in 100 parti: conseguentemente, il grado Celsius e quello Kelvin hanno la stessa ampiezza e le differenze di temperatura hanno lo stesso valore misurate in entrambe le scale. Le scale Rankine e Fahrenheit dividono lo stesso intervallo in 180 parti. La tabella precedente riporta i valori di temperatura delle varie scale in corrispondenza di alcuni punti fissi.