Se ci domandassimo….

…cosa piu’ di frequente misuriamo, nella vita di tutti i giorni, la risposta sarebbe quasi sicuramente “il tempo” e, subito dopo, “la temperatura”…

Tutti abbiamo un orologio al polso e un termometro fuori dalla finestra, che guardiamo tutte le mattine. Per non parlare delle insegne luminose lampeggianti … Data e ora — temperatura .

Ma ci siamo mai domandati cosa rappresenti la temperatura?
Se pensiamo ad un metro, e’ subito chiaro cosa rappresenta. Idem se pensiamo ad un chilo, od ad un secondo…
Se metto su una bilancia due pesi da un chilo… ottengo due chili… Se prendo due righelli da un metro e li metto uno di seguito all’altro… ho due metri… Se prendo due termometri….

NO. Qualcosa non funziona….

La temperatura e’ una proprieta’ “puntuale” (si dice intensiva) dei corpi! non esiste alcun “grado kelvin campione” nel bureau delle misure di Parigi , accanto al metro ed al chilo standard…

E allora… come la mettiamo? Cosa e’ il caldo ed il freddo che sentiamo sulla pelle? Be.. innanzi tutto quelli non sono temperatura… Infatti, la sensazione che avvertiamo sulla pelle altro non è che una traduzione “nervosa” del flusso di calore che la sta attraversando… Provate a mettere la mano in acqua fredda oppure (senza toccare le pareti) nel freezer domestico: la sensazione di “freddo” sarà maggiore nel primo caso. Perchè l’acqua, pur essendo più’ calda, sottrae calore più rapidamente.

Potremmo dire.. La temperatura è ciò che si misura con il termometro. Ma cosa è un termometro? Normalmente abbiamo sotto mano dei termometri a mercurio o ad alcool (quelli da esterno). In quel caso misuriamo delle variazioni di volume. Nei moderni termometri clinici (quelli elettronici) misuriamo una variazione di resistenza elettrica oppure la tensione di una termocoppia. Una telecamera termica misura l’emissione di infrarossi.

Insomma… la temperatura e’ sempre una misura “derivata”. Si misurano le caratteristiche di qualcosa che varia al variare della temperatura (il volume di un liquido, la resistenza di un conduttore…). E da questa affermazione si deve capire subito una cosa : quello che noi misuriamo, di cui siamo certi, è la temperatura del termometro. Non dell’oggetto che ci interessa. Del termometro.

In realta’ e’ possibile dare una definizione precisa della temperatura, sfruttando i principi della termodinamica e, indagando un po’ piu’ a fondo si capisce che essa e’ strettamente correlata con l’energia che viene immagazzinata in un corpo.

Le “stranezze” non finiscono qui. Unica tra le grandezze della fisica classica ha un limite inferiore. Piu’ bassi di “zero Kelvin” (lo zero assoluto, -273.15°C) non si puo’ andare: a quella temperatura tutta l’energia del corpo e’ stata estratta e non è piu’ possibile scendere.

Analogamente non ha senso salire oltre un certo limite… Pensiamo ad un pezzo di ferro. Comincio a fornire energia. Lui si scalda, diventa incandescente, verso i 1500° C fonde… poi a 3000°C comincia a bollire e diventa gas…. Ma continuiamo a scaldarlo. Gli atomi di questo gas diventano sempre piu’ agitati e, ad un certo punto, cominciano a perdere gli elettroni.

.. Il Ferro e’ diventato plasma…

E a questo punto un fisico non se la sente piu’ di parlare di temperatura. Parla di energia. Piu’ precisamente di elettronvolt : e’ l’energia che assume un elettrone accelerato da un potenziale di un Volt.
Infatti esiste una relazione che, in un gas monoatomico, lega la temperatura con l’energia delle singole particelle che lo compongono : E=3/2KT dove K e’ nota come “costante di Boltzman” ed e’ un numero molto piccolo.

Ma torniamo alla vita di tutti i giorni… Un’altra cosa che spesso sfugge e’ che corpi alla stessa temperatura possono immagazzinare energia diversa. Si parla infatti di capacita’ termica, che misura la quantita’ di energia che un corpo immagazzina aumentando di un grado la sua temperatura. Guardando su apposite tabelle si trova che il calore specifico (capacita’ termina di un chilo di materiale) va dai 0.1 KJoule per chilo e per grado [KJ/(°K*Kg)] dello Zinco agli oltre 4 dell’acqua. Con l’aria siamo a 0.7.
Avete capito dove voglio arrivare? Per sottrarre l’energia corrispondente ad un grado ad un chilo di acqua occorre riscaldare di un grado una quantita’ di aria circa sei volte maggiore. In peso. Ma l’aria e’ un gas: in volume, mentre un chilo di acqua occupa un decimetro cubo, sette chili di aria occupano circa sei metri cubi.

E ora vi domando… Dovendo misurare la temperatura della Terra… dove mettereste il vostro termometro?
Lo chiedo ad un medico…. Simon… dove si misura la febbre? sotto l’ascella, giusto? Non e’ che al paziente si sventola il termometro a un centimetro dalla fronte….

E questo potrebbe essere l’argomento di un prossimo intervento… Le “onde termiche” e come trovare la “vera” temperatura di quello che ci circonda…

Ciao

Luca