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La temperatura è una grandezza fisica che definisce il grado di agitazione termica delle particelle costituenti i corpi e la sua misura viene

effettuata per mezzo di strumenti detti termometri.

Infatti se riscaldiamo un corpo, aumentiamo l’energia cinetica delle sue particelle;

viceversa, se lo raffreddiamo, la diminuiamo.

Sulla base di questa considerazione, i fisici hanno definito una scala di temperatura detta assoluta

perché non definita rispetto a un corpo di riferimento, ma basata sull’energia cinetica

media delle particelle: dato che l’energia cinetica non può mai essere negativa, allo zero assoluto,

una temperatura che non è fisicamente raggiungibile, siamo alla temperatura anche

teoricamente più bassa possibile

In fisica, in particolare in termodinamica, il calore è il trasferimento di energia termica tra un sistema e il suo ambiente in virtù di una differenza di temperatura o di un cambiamento di fase.Quando il calore è associato ad una variazione di temperatura prende il nome di calore sensibile, quando invece determina un cambiamento di fase prende il nome di calore latente.

Il calore è energia in transito; in presenza di un gradiente di temperatura, il calore fluisce sempre dai punti a temperatura maggiore a quelli a temperatura minore, finché non viene raggiunto l'equilibrio termico.In quanto energia, il calore si misura nel sistema Internazionale in Joule. Nella pratica viene tuttavia ancora spesso usata come unità di misura la caloria, che è definita come la quantità di calore necessaria a portare la temperatura di un grammo di acqua distillata, sottoposta alla pressione di 1 atm, da 14,5 °C a 15,5 °C. A volte si utilizzano anche unità a carattere meramente tecnico, quali kW h o BTU.

1 btu = 1 055,05585 joules1 kW h = 3 600 000 joules

1 calorie = 4,18400 joules

Durante la prima metà del Settecento gli studiosi ricorrevano alla sostanza elementare denominata flogisto per spiegare il riscaldamento di alcuni materiali e la combustione.Negli anni successivi i fenomeni termici vennero ricondotti alla teoria secondo la quale il calore era un fluido non visibile, che entrando dentro la materia di un corpo poteva aumentarne la temperatura.Nonostante gli studi seicenteschi di Robert Boyle sulla relazione tra il moto delle particelle e il calore, solamente verso metà del XIX secolo si gettarono le basi della termodinamica, grazie agli studi del fisico tedesco Robert Mayer (1842) e di quello inglese Joule (1843), riguardanti la quantità di calore e il lavoro necessario per ottenerlo.

Storicamente il concetto di temperatura nasce come tentativo di quantificare le nozioni comuni di "caldo" e "freddo". In seguito la comprensione via via maggiore dei fenomeni termici estende il concetto di temperatura e mette in luce il fatto che le percezioni termiche al tatto sono il risultato di una complessa serie di fattori (calore specifico,conducibilità termica...) che include anche la temperatura.I primi tentativi di misurare la sensazione di caldo o di freddo risalgono ai tempi di Galileo e dell'Accademia del Cimento. Il primo termometro ad alcool, di tipo moderno, viene attribuito tradizionalmente all'inventiva del granduca di Toscana Ferdinando II de' Medici. Ma si va affermando la convinzione che il termometro a liquido in capillare chiuso sia stato inventato da altri, e molto prima.Il termometro a mercurio, invece, viene attribuito a Gabriel Fahrenheit che introdusse nel 1714 la scala di temperature in uso ancora oggi, mentre la scala centigrada si deve a Anders Celsius nel 1742.

Un termometro è uno strumento per misurare la temperatura, oppure le variazioni di temperatura. Il primo termometro fu realizzato da Galileo Galilei nel 1607, segue quello costruito da Daniel Gabriel Fahrenheit nel 1709 ad alcol a cui seguì quello a mercurio nel 1714. Nel 1742 anche Anders Celsius inventò un termometro. I termometri più utilizzati in medicina sono: Termometri al mercurio, che sfruttano l'alta dilatazione volumetrica del mercurio in un capillare tarato, solitamente in gradi celsius o fahrenheit; Timpanico o termometro infrarosso adistanza, che riceve ed elabora le radiazioni infrarosse emesse naturalmente dal corpo umano (e da tutti i corpi in generale), fornendo una misurazione precisa, igienica e ripetitiva della temperatura. Il primo termometro di questo tipo fu brevettato e prodotto in Italia.

Prima dell'avvento di sensori digitali, questa grandezza veniva misurata tramite i termometri a

mercurio. Molto utilizzati ancora oggi sono quelli a minima e a massima che, oltre ad indicare il valore

corrente, segnano, tramite delle sbarrette di metallo, la temperatura massima e minima raggiunta in genere nell'arco di un giorno.

I termometri vengono utilizzati anche nella vita quotidiana per misurare la temperatura corporea di

una persona. I punti corporei che si possono utilizzare per la rilevazione della temperatura sono:

AscellareOrale

RettaleTimpanica

In meteorologia, il termometro è lo strumento utilizzato per misurare il valore della temperatura dell'aria, uno dei principali dati climatici. Per ottenere una misura accurata, il termometro deve essere posto lontano da fonti di calore quali edifici, all'ombra ed al

riparo dai fenomeni atmosferici.

Il termometro a gas sfrutta la pressione prodotta da un gas quando la sostanza da misurare è ad una certa temperatura. Esso è composto da un contenitore nel quale vi è la sostanza di cui si vuole misurare la temperatura T, nel quale è immerso il bulbo che contiene il gas. Tramite un tubo

ad U (adiabatico) il liquido termometrico, che spesso è il mercurio, è connesso ad un serbatoio e possiede una scala graduata. Il suo funzionamento è immediato: la sostanza è a temperatura T, quindi il bulbo a gas si porta alla stessa temperatura e subisce una variazione di pressione. Il serbatoio funziona da riferimento con la pressione atmosferica. La differenza dell'altezza del tubo a U fornisce la misura della

pressione p, in base alla legge di Stevino.

Una termocoppia è costituita da una coppia di conduttori elettrici di diverso materiale uniti tra loro in un punto, chiamato giunzione calda. Quando esiste una differenza di temperatura tra la zona del giunto caldo e la zona del giunto freddo, si può rilevare una differenza di potenziale elettrico tra le estremità libere della termocoppia in corrispondenza del giunto freddo.

Tale valore di potenziale elettrico è funzione diretta della differenza di temperatura.

Il termometro bimetallico si basa sul principio della differente dilatazione dei metalli con il calore.

Il termometro a solido si basa sulla misurazione della lunghezza L di solidi le cui proprietà dipendono dalla temperatura. Esso ha quasi lo stesso principio

del termometro bimetallico e, spesso, viene scambiato per quest ultimo.

Il pirometro invece è utilizzato specialmente nel caso di temperature elevate, per esempio quelle di corpi incandescenti. Altri metodi di misurazione della temperatura sono l'uso del

termometro a orientazione nucleare e la modifica di termometro a vapore saturo.

Il termoscopio è formato da un bulbo collegato ad un capillare di vetro aperto. Nel bulbo c’è una sostanza che si dilata col calore (per esempio il mercurio). Posto il Termoscopio, successivamente in 2 bacinelle, contenente

acqua a diversa temperatura si nota che nell’acqua più calda l’altezza h del mercurio è maggiore, anzi è direttamente proporzionale alla temperatura del mercurio. Praticamente, un termoscopio è un termometro in

cui non vi è una taratura.

Per misurare le variazioni di temperatura vengono usati i termometri, i quali vengono tarati secono le scale termometriche.

Esistono diversi tipi di scale, tra cui tre principali ed altre minori. Esse sono:

Scala Kelvin o Scala Assoluta

Scala FahrenheitScala Celsius o

Scala Centigrada

Scala Rimbaud

Il sistema di misurazione kelvin (simbolo K, a volte erroneamente indicato con °K) della temperatura, è una

delle sette unità base del Sistema internazionale di unità di misura.

Il kelvin è definito come 1/273,16 della temperatura termodinamica del punto triplo dell'acqua.

Lo zero della scala kelvin è lo zero assoluto di temperatura.

Prende il nome dal fisico ed ingegnere irlandese William Thomson, nominato barone con il nome di Lord Kelvin. Egli propose per primo

questa definizione nel 1868, partendo dalla considerazione termodinamica che esiste una temperatura minima assoluta, lo zero assoluto. Per praticità è stata però mantenuta invariata, rispetto alla

preesistente scala Celsius, la dimensione di una unità (Δ 1 K ≡ Δ 1 °C): in questo modo le differenze di temperatura nelle scale Celsius e kelvin

sono numericamente uguali.

In primo luogo, mentre la scala Celsius è pratica dal punto di vista umano in quanto si basa sulla temperatura di congelamento e di ebollizione dell'acqua (che sono temperature di cui si ha quotidianamente esperienza diretta), quella kelvin è

più rigorosa e si presta ad essere usata come unità di misura facilmente riproducibile. Infatti la temperatura del punto triplo dell'acqua è una quantità auto-consistente, che non richiede altre definizioni, mentre la temperatura di

fusione e di ebollizione richiedono di specificare le condizioni normali (specialmente di pressione) a cui il processo di fusione o ebollizione

avviene.

Inoltre il sistema di misurazione kelvin fa riferimento ad un particolare “zero”, che è lo zero assoluto, e corrisponde alla

più bassa temperatura che teoricamente si possa ottenere in qualsiasi sistema macroscopico. Questo fa sì che la

temperatura misurata in kelvin sia detta temperatura assoluta, e sempre per lo stesso motivo non si antepone al

simbolo del kelvin (K) il simbolo (°), che invece viene anteposto ai simboli scale Celsius (°C) e Fahrenheit (°F)

Fahrenheit è una scala di temperatura così chiamata in onore del fisico tedesco Gabriel Fahrenheit, che la propose

nel 1724. È tutt'ora in uso negli Stati Uniti d'America e in Belize.

In questa scala, il punto di congelamento dell'acqua è di 32 gradi Fahrenheit, mentre il punto di ebollizione si trova a 212 gradi, suddividendo così i due estremi in 180 gradi. L'unità di

questa scala, il grado Fahrenheit (°F) è 5/9 di un kelvin (e anche di un grado Celsius).

Fahrenheit stabilì che il punto zero della sua scala (0 °F) doveva essere la temperatura alla quale un'ugual mistura

di ghiaccio e sale si scioglie (alcuni sostengono che prese la mistura fissa dei due che produceva la temperatura più bassa). Fissò inoltre il punto di 96 °F alla temperatura

del sangue, usando inizialmente del sangue di cavallo. La sua scala conteneva originariamente solo 12 suddivisioni, ma in seguito divise ognuna di queste in 8, dando così un totale di

96 suddivisioni. Osservò successivamente che l'acqua congelava a 32 °F e bolliva a 212 °F.

Le sue misure non erano molto precise. Secondo la scala originale, le vere temperature di congelamento ed ebollizione dell'acqua sarebbero state piuttosto

diverse. Poco dopo, fu deciso di ricalibrare la scala in modo che 32 °F e 212 °F.

Il risultato fu che la temperatura di un corpo umano sano passò a 98,6 °F, invece dei 96 °F originari.

Il grado Celsius (°C) è l'unità di una scala di misura per la temperatura, così chiamata dal nome dell'astronomo

svedese Anders Celsius (1701-1744), che la propose per la prima volta nel 1742.

La scala Celsius oggi utilizzata fissa il punto di congelamento dell'acqua a 0 °C e il punto di ebollizione a 100 °C

in condizioni standard di pressione. In origine invece la scala fu ideata da Celsius perché il punto

di ebollizione dell'acqua fosse a 0 °C, e il punto di congelamento a 100 °C; solo dopo la sua morte, nel 1744, la

scala fu modificata in quella oggi di uso comune, ovvero invertita.

Anche se i valori per il punto di congelamento e di ebollizione dell'acqua rimangono approssimativamente

corretti, la definizione originale non è adatta per essere uno standard

Dipende, infatti, dalla definizione di pressione atmosferica standard, la quale dipende a sua volta dalla definizione di

temperatura.

La definizione ufficiale corrente della scala Celsius pone 0,01 °C come il punto triplo dell'acqua, e un grado come 1/273,16 della differenza di temperatura tra il punto triplo dell'acqua e

lo zero assoluto.

Questa definizione assicura che un grado Celsius rappresenti la stessa differenza di temperatura di un kelvin

Convertire da a Formula

Celsius Fahrenheit °F = (°C × 1,8) + 32

Fahrenheit Celsius °C = (°F − 32) / 1,8

Kelvin Celsius °C = K − 273,15

Celsius Kelvin K = °C + 273,15

La conducibilita o conduttivita termica (normalmente indicata con la lettera h) è il

flusso di calore Q (misurato in J/s ovvero W) che attraversa una superficie unitaria A di

spessore unitario d sottoposta ad un gradiente termico ΔT di un grado Kelvin (o Celsius).

I concetti di trasmittanza, resistenza e conducibilità sono strettamente legati

tra loro.

La conducibilita termica dipende dalle caratteristiche fisico-chimiche del materiale preso in esame.I materiali con elevata conducibilita termica sono detti conduttori (termici) mentre quelli a bassa conducibilita termica sono definiti isolanti (termici). Esiste una corrispondenza per quanto riguarda la capacita di trasmettere calore ed elettricita di un materiale: un isolante termico e normalmente un pessimo conduttore elettrico. Un'eccezione e rappresentata dal diamante, ottimo conduttore termico ma isolante da un punto di vista elettrico.La conducibilita termica ha un ruolo fondamentale nella progettazione di case a basso consumo energetico: materiali a bassa conducibilita termica garantiscono un elevato isolamento termico dell'edificio, permettendo un basso consumo di energia per mantenere la temperatura interna.Come detto nell'introduzione, al concetto di conducibilita termica sono associati i termini resistenza e trasmittanza termica.La trasmittanza termica U si definisce come il flusso di calore che attraversa una superficie unitaria sottoposta a differenza di temperatura pari ad un grado Kelvin (o Celsius) ed e legata alle caratteristiche del materiale che costituisce la struttura e alle condizioni discambio termico liminare.

Conducibilità Termica di alcune

Sostanze

Sostanza W·m-1·K-1

Diamante 1000 - 2600

Argento 430

Rame 390

Oro 320

Alluminio 236

Ottone 111

Platino 70

Quarzo 8

Vetro 1

Laterizi 0,8

Acqua Distillata 0,6

Lana 0,05

Vermiculite 0,046

Polistirolo Espanso 0,045

Aria Secca (a 300 K, 100 kPa) 0,026

Aerogel di Silice 0,013 in pannelli sotto vuoto alla pressione di 1,7 · 10-5 atmosfere

L’obiettivo di questi esempi è mostrare che l’energia termica può fluire attraverso alcuni tipi di materiali solidi (conduttori termici) e non attraverso altri (isolanti

termici). Mostra inoltre che anche i conduttori si comportano in modo differente l’uno dall’altro; il calore si propaga con velocità diverse nel ferro e nell’alluminio.

Le esperienze sono eseguibili con- tre verghe metalliche dell'apparato per la conducibilità termica

- tre sonde di temperatura

Si può osservare che:- la temperatura della verga di pvc praticamente rimane costante- la temperatura della verga di alluminio è quella che cresce più rapidamente e sembra approssimarsi ad una temperatura limite- la temperatura della verga di ferro è intermedia tra le due; si può anche notare come inizi a scaldarsi in ritardo rispetto a quella di alluminio; la sua temperatura inizia a variare in modo apprezzabile rispetto alla temperatura iniziale circa un minuto in ritardo rispettoalla verga di alluminio.

Verga di Alluminio

Verga di PVC

Acqua Calda

Verga di Ferro

Le tre verghe di materiali differenti (alluminio, ferro, pvc) sono preparate in modo da poter ospitare al loro interno le sonde di temperatura fornite col kit e da essere sostenute dal coperchio del bicchiere, a sua volta fornito di un supporto.L’esperienza più semplice consiste nell’immergerle simultaneamente nel bicchiere precedentemente riempito con acqua calda.

G r a f i c o

Il grafico riportato si riferisce ad una misura della durata di 15 minuti; le misure ditemperatura sono state rilevate ogni 30 secondi per 30 volte.

Verga di Alluminio

Verga di PVC

Acqua Fredda

Verga di Ferro

Per questa esperienza è meglio utilizzare un thermos invece del bicchiere in modo che la temperatura dell’acqua non vari troppo durante la misura. Occorre assicurarsi che le verghe abbiano raggiunto l’equilibrio

termico con l’ambiente.Il thermos viene riempito di acqua fredda prelevata da un contenitore con acqua e ghiacchio. E’ bene che non

siano presenti cubetti di ghiaccio in modo che la temperatura sia abbastanza uniforme all’interno del thermos.

Le condizioni di raccolta dati sono le stesse dell’esperienza precedente. Questa seconda misura conferma e rafforza le considerazioni fatte in precedenza.

G r a f i c o

Il grafico riportato si riferisce ad una misura della durata di 15 minuti; le misure ditemperatura sono state rilevate ogni 30 secondi per 30 volte.

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In cui uno dei fattori determinanti è h, la conducibilità termica del materiale.

Q = A hd ΔT Δt

A = Area h = cond. termica

Q = Calore

d = spessoreΔT = Diff. Temp.

Δt = Tempo

È importante notare che, quindi, la propagazione del calore Q della conduzione dipende fortemente dalla natura del

materiale, che da quanto detto precedentemente può essere conduttore o isolante termico.

Infatti la formula che esprime la conduzione del calore è la seguente: