Obiettivi di apprendimento
- Definire la temperatura.
- Descrivere la scala di temperatura Fahrenheit.
- Descrivere la scala di temperatura Celsius.
- Descrivere la scala di temperatura Kelvin.
Cos’è la temperatura?
Toccare la parte superiore del fornello dopo che è stato acceso e si sente caldo. Tieni in mano un cubetto di ghiaccio e lo senti freddo. Perché? Le particelle di materia in un oggetto caldo si muovono molto più velocemente delle particelle di materia in un oggetto freddo. L’energia cinetica di un oggetto è l’energia dovuta al movimento. Le particelle di materia che compongono la stufa calda hanno una quantità maggiore di energia cinetica di quelle del cubetto di ghiaccio.
La temperatura è una misura dell’energia cinetica media delle particelle della materia. Nell’uso quotidiano, la temperatura indica la misura di quanto sia caldo o freddo un oggetto. La temperatura è un parametro importante in chimica. Quando una sostanza passa da solida a liquida, è perché c’è stato un aumento della temperatura del materiale. Le reazioni chimiche di solito procedono più velocemente se la temperatura è aumentata. Molti materiali instabili (come gli enzimi) saranno vitali più a lungo a temperature più basse.
Figura 1. Il carbone incandescente sulla sinistra rappresenta un’alta energia cinetica, mentre la neve e il ghiaccio sulla destra sono di energia cinetica molto più bassa.
Scale di temperatura
Figura 2. Daniel Gabriel Fahrenheit.
I primi termometri erano di vetro e contenevano alcol, che si espandeva e si contraeva al variare della temperatura. Lo scienziato tedesco Daniel Gabriel Fahrenheit usò il mercurio nel tubo, un’idea di Ismael Boulliau. La scala di Fahrenheit è stata sviluppata per la prima volta nel 1724 e poi ha continuato ad armeggiare per qualche tempo. Il problema principale di questa scala è la definizione arbitraria della temperatura. Il punto di congelamento dell’acqua è stato definito come 32°F e il punto di ebollizione come 212°F. La scala Fahrenheit non è tipicamente usata per scopi scientifici.
Figura 3. Anders Celsius.
La scala Celsius del sistema metrico prende il nome dall’astronomo svedese Anders Celsius (1701-1744). La scala Celsius fissa il punto di congelamento e il punto di ebollizione dell’acqua a 0°C e 100°C rispettivamente. La distanza tra questi due punti è divisa in 100 intervalli uguali, ognuno dei quali è un grado. Un altro termine a volte usato per la scala Celsius è “centigrado” perché ci sono 100 gradi tra il punto di congelamento e il punto di ebollizione dell’acqua su questa scala. Tuttavia, il termine preferito è “Celsius.”
Figura 4. Lord Kelvin.
La scala di temperatura Kelvin prende il nome dal fisico e matematico scozzese Lord Kelvin (1824-1907). Si basa sul movimento molecolare, con la temperatura di 0 K, nota anche come zero assoluto, che è il punto in cui tutti i movimenti molecolari cessano. Il punto di congelamento dell’acqua sulla scala Kelvin è 273,15 K, mentre il punto di ebollizione è 373,15 K. Si noti che qui non c’è nessun “grado” usato nella designazione della temperatura. A differenza delle scale Fahrenheit e Celsius, dove le temperature vengono indicate come “gradi F” o “gradi C”, nella scala Kelvin le temperature vengono semplicemente designate come kelvin.
Come si può notare dalla differenza di 100 kelvin tra le due, una variazione di un grado sulla scala Celsius equivale alla variazione di un kelvin sulla scala Kelvin. Convertire dalla scala Kelvin alla scala Celsius o viceversa è facile, perché basta aggiungere o sottrarre 273.
Figura 5. Confronto delle tre diverse scale di temperatura.
Convertire tra le scale di temperatura Celsius e Fahrenheit è un po’ più complicato ma non troppo difficile. Per convertire da Fahrenheit a Celsius, moltiplicare prima la temperatura in Celsius (TC) per 1,8 e poi aggiungere 32, in quest’ordine.
{T}_{F}}=1.8\times\text{T}_{text{C}}+32
Per convertire da Celsius a Fahrenheit, prima sottrarre 32 dalla temperatura in Fahrenheit poi dividere per 1.8, in quest’ordine.
\displaystyle{T}_{T}_{Testo{C}}=frac{Testo{T}_{Testo{F}-32}{1.8}
Sommario
- La temperatura è una misura dell’energia cinetica media delle particelle della materia.
- La scala Fahrenheit definisce il punto di congelamento dell’acqua a 32°F e il punto di ebollizione a 212°F.
- La scala Celsius fissa il punto di congelamento e il punto di ebollizione dell’acqua rispettivamente a 0°C e 100°C.
- La scala Kelvin si basa sul movimento molecolare, con la temperatura di 0 K, nota anche come zero assoluto, che è il punto in cui cessa ogni movimento molecolare.
Pratica
Usa il link qui sotto per rispondere alle seguenti domande:
http://www.visionlearning.com/library/module_viewer.php?mid=48
- Quale miscela usò Fahrenheit per regolare il suo termometro a zero gradi?
- Perché la scala Celsius è preferita nel lavoro scientifico alla scala Fahrenheit?
- Quale fu l’idea alla base della creazione della scala di temperatura Kelvin?
- Qual è il vantaggio di usare la scala Kelvin alle basse temperature?
Rassegna
- Qual è lo zero assoluto nella scala di temperatura Celsius?
- Quali sono i punti di congelamento e di ebollizione dell’acqua nella scala Celsius?
- Convertire le seguenti temperature Kelvin in gradi Celsius.
- 188 K
- 631 K
- La temperatura in gradi Fahrenheit può essere convertita in Celsius sottraendo prima 32, poi dividendo per 1,8. Qual è la temperatura Celsius all’esterno in una giornata calda (88°F)?
- Perché la scala Celsius è talvolta chiamata “centigrado”?
Glossario
- energia cinetica: L’energia dovuta al movimento
- temperatura: Una misura dell’energia cinetica media delle particelle della materia. Nell’uso quotidiano, la temperatura è quanto è caldo o freddo un oggetto
- scala di temperatura: Un modo di misurare quantitativamente la temperatura. Ci sono tre scale principali utilizzate oggi.