TERMOLOGIA E
CALORIMETRIA
TEMPERATURA e CALORE
nel linguaggio comune questi sono spesso
sinonimi
bisogna quindi definirli in modo rigoroso
Temperatura
Ordinare in ordine crescente di temperatura
gli oggetti che si trovano nell’astuccio, che è
in classe con noi da un po’ di tempo:
matita, penna, gomma, righello, temperino,
forbice…
gli ordini potrebbero essere:
forbice
temperino
righello
penna
matita
gomma
temperino
forbice
penna
righello
gomma
matita
Ma non sono gli unici possibili… perché?
Dipende dal materiale?dagli oggetti?
Se ognuno avesse a disposizione gli stessi oggetti l’ordine
individuato potrebbe non essere unico…perché?
Cosa abbiamo utilizzato per ordinare in ordine crescente di
temperatura gli oggetti?
Una grandezza fisica si deve misurare in modo oggettivo e
la sensazione termica non è la stessa per tutti.
Non convinti?
Provate a mettere una mano in acqua calda, l’altra
mano in acqua fredda e poi entrambe le mani in
acqua tiepida.
Cosa avvertite?
La mano che era in acqua calda sente freddo
quella in acqua fredda caldo.
Ma l’acqua tiepida è la stessa per le due mani
quindi
non possiamo fidarci della sensazione termica.
La temperatura è quella grandezza fisica che si
misura con un termometro e rappresenta lo
stato termico del corpo.
• La temperatura è una grandezza fondamentale.
• Nel SI l’unità di misura della temperatura è il
grado kelvin (K) definito come 1/273,16 della
temperatura del punto triplo dell’acqua
(temperatura alla quale coesistono i tre stati
dell’acqua).
Scale termometriche
La temperatura può essere misurata anche in
altre unità di misura, quali il grado:
1. celsius °C
2. reamur °r
3. fahrenheit °F
4. kelvin K
a seconda della scala di temperatura e quindi al
termometro che si utilizza.
Scala Celsius (1742)
scala centigrada
Punti fissi:
temperatura del ghiaccio fondente 0°C
temperatura di ebollizione dell’acqua distillata 100°C
tali misure avvengono alla pressione atmosferica
L’intervallo tra i due punti fissi è suddiviso in 100 parti e
ciascuna di esse costituisce 1°C.
Scala Réamur (1730)
scala ottantigrada
Punti fissi:
temperatura del ghiaccio fondente 0°r
temperatura di ebollizione dell’acqua distillata 80°r
L’intervallo tra i due punti fissi è suddiviso in 80 parti e
ciascuna di esse costituisce 1°r.
Scala Fahrenheit (1724)
scala centottantigrada
Punti fissi: inizialmente
la minor temperatura raggiungibile in laboratorio 0°F
la temperatura media del corpo umano 100°F
Tali punti non erano facilmente riproducibili, dunque tanto
fissi non erano.
Si prendono i fenomeni delle altre scale e si pone:
temperatura del ghiaccio fondente 32°F
temperatura di ebollizione dell’acqua distillata 212 °F.
L’intervallo tra tali valori si suddivide in 180 parti ottenendo
così 1°F.
Scala Kelvin (1848)
scala assoluta
Punti fissi:
temperatura del ghiaccio fondente 273,15 K
temperatura di ebollizione dell’acqua distillata 373,15 K
L’intervallo tra i due punti fissi è suddiviso in 100 parti e
ciascuna di esse costituisce 1K.
Una variazione di temperatura di 1°C equivale in tal caso
alla stessa variazione di temperatura in gradi K.
tC  t K
Lo zero di tale scala costituiva la più bassa temperatura
raggiungibile teoricamente in qualsiasi fenomeno ed è
detta zero assoluto.
Il terzo principio della termodinamica sancisce
l’impossibilità di raggiungere lo zero assoluto
Tale scala si basa sulle proprietà dei gas perfetti ed è
anche denominata scala del gas perfetto
Corrispondenza delle temperature nelle varie scale
termometriche
temperatura
tC
tF
tr
tK
tC
1
5/9(tF -32)
tr 5/4
tK-273,15
tF
9/5 tC +32
1
9/4 tr +32
tr
4/5 tC
4/9 (tF -32)
1
tK
tC+273,15
1
Da Celsius a Fahrenheit
La variazione di temperatura T in °C è in relazione alle 100
parti della scala celsius, così come lo è quella in °F alle 180
parti della scala Fahrenheit.
T°C :100°C =T°F:180°F da ciò T°F T°C x180°F: 100°C
ossia t°F = 9/5 T°C .
Inoltre 0°C corrispondono a 32°F.
Una variazione di 20°C corrisponde ad una variazione di
temperatura di 36°F, quindi la temperatura di 20°C
corrisponde a (32+36)°F
Misura della temperatura
Si deve raggiungere l’equilibrio tra lo strumento, il termometro,
e il corpo di cui si vuol misurare la temperatura.
Si utilizza il PRINCIPIO ZERO della termodinamica:
Due corpi in equilibrio termico con un terzo corpo sono
anche in equilibrio termico tra loro.
Confrontando le temperature di due corpi con uno stesso
termometro si utilizza il principio zero.
Se il termometro segna 0°C quando è in equilibrio termico
con l’ambiente, poiché lo stesso termometro è stato tarato
in equilibrio termico con il ghiaccio fondente, la temperatura
dell’ambiente è la temperatura di fusione del ghiaccio.
ambiente – termometro
termometro – ghiaccio
ambiente – ghiaccio
La dilatazione termica
È alla base del funzionamento dei termometri.
Il riscaldamento di una sostanza porta ad un aumento di
volume della stessa, (un aumento di temperatura equivale
ad un aumento di velocità delle molecole, ad un maggior
numero di urti e un aumento della distanza media tra le
molecole).
La dilatazione termica può essere:
1. lineare
2. superficiale
3. volumetrica
a seconda delle caratteristiche del corpo.
Dilatazione lineare
Tipica di un filo metallico o di una colonna di liquido in un
tubo capillare
• lunghezza l0 a temperatura t0
• lunghezza l1 a temperatura t1>t0
L’allungamento relativo subito dal corpo è direttamente
proporzionale al salto di temperatura, e il coefficiente di
proporzionalità l è detto coefficiente di dilatazione lineare
l è caratteristico del corpo variabile da materiale a
materiale, dell’ordine di 10-6 per i solidi e 10-4 per i liquidi.
Si misura in °C-1.
In formule si ha :
l
l0

allungamento
relativo
l

t

salto di
temperatura
l1  l0
 lt
l0
quindi la lunghezza finale in funzione del salto di
temperatura è:
l1  l0 1  lt 
Dilatazione superficiale
superficie S0 a temperatura t0
superficie S1 a temperatura t1>t0
S1  S0 1  2lt 
Dilatazione volumetrica
volume V0 a temperatura t0
volume V1 a temperatura t1>t0
V1  V0 1  3lt 