La termometria è responsabile della misurazione della temperatura in vari sistemi, ed è una disciplina di inizi abbastanza empirici, poiché sin dai tempi di Ippocrate, nel campo della medicina, c'era la consapevolezza della temperatura dei corpi, attraverso il tatto, e secondo la sensazione percepita è stata classificata come "dolce calore" o "febbre ardente". Tuttavia, fu solo con lo sviluppo del termometro, ad opera di Galileo Galilei, anni dopo, quando questo campo di studi lasciò le acque empiriche, per assumere un ruolo scientifico.
Conosciamo tutti il termometro come strumento per misurare la temperatura di un corpo e dell'ambiente, ma Come funziona? Da dove vengono le scale termometriche? Ma prima di rispondere a queste domande, è importante chiarire il concetto di variabile che stiamo misurando, in questo caso, la temperatura.
Temperatura, unità fondamentale della scala termometrica
Quando hai chiamato la parola temperatura, hai sicuramente pensato alla quantità di calore, tuttavia, la prima cosa da considerare è quella il calore non è lo stesso della temperatura, sebbene, ovviamente, entrambe le variabili siano strettamente legate l'una all'altra.
Il calore è la quantità di energia il cui trasferimento è associato a un gradiente di temperatura tra due sistemi, il che significa che la temperatura è una variabile che determina il calore, ma non si tratta del calore stesso. La temperatura è associata all'energia cinetica, che è ciò che definisce il movimento delle particelle nel sistema, e nella misura in cui c'è maggiore agitazione nel movimento delle particelle, maggiore è la grandezza prodotta dalle cosiddette “scale termometriche”.
Termometro, la base della termometria
Come già accennato, l'ideatore del primo termometro fu Galileo Galilei, il progetto di questo strumento si basava sull'assemblaggio di un tubo di vetro verticale, chiuso alle due estremità, contenente acqua in cui erano sommerse diverse sfere di vetro chiuse., Con liquido colorato dentro. Ciò ha consentito di effettuare le prime registrazioni delle variazioni di temperatura. Il fluido utilizzato in questo primo termometro era l'acqua, tuttavia, è stato successivamente sostituito da alcol, poiché l'acqua a temperature molto basse ha raggiunto un punto di congelamento e quando la pressione atmosferica variava, sono state registrate le fluttuazioni del livello dell'acqua, senza Ciò implicherà un variazione di temperatura.
Tra il 1611 e il 1613. Santorio incorpora una scala numerica allo strumento di Galileo. Tuttavia, questo strumento non dava ancora risultati accurati, poiché il fluido di misurazione era molto sensibile alla pressione atmosferica. Nell'anno 1714, Daniel Fahrenheit incorporò il mercurio nella misurazione.
L'utilizzo del mercurio ha rappresentato un grande progresso nella precisione dello strumento, poiché a causa del suo alto coefficiente di espansione, i disturbi causati dalla temperatura erano facilmente percepibili.
Principio di funzionamento del termometro
Quando due parti di un sistema entrano in contatto, ci si può aspettare che si verifichino variazioni nelle proprietà di entrambe, che sono legate a un fenomeno di trasferimento di calore tra di loro. Le condizioni che devono essere soddisfatte affinché un sistema sia in equilibrio termico sono le seguenti:
- Non dovrebbe esserci scambio di calore tra le parti coinvolte
- Nessuna delle proprietà dipendenti dalla temperatura dovrebbe variare.
Il termometro funziona sotto il Principio zero della termodinamica, che stabilisce l'interrelazione tra due variabili in equilibrio termico. Ciò significa che il mercurio, in quanto fluido suscettibile ai cambiamenti di temperatura, quando entra in equilibrio con il corpo o il mezzo, di cui vogliamo conoscere il valore di temperatura, adotta il suo valore di temperatura.
Sviluppo di scale termometriche
Come avevamo già accennato, il primo visionario della necessità di stabilire un parametro di misura nello strumento di Galileo fu Santorio, che stabilì una scala numerica senza alcun senso fisico. Tuttavia, questo evento è stato di grande importanza nello sviluppo di ciò che ora conosciamo come le scale della termometria.
grado Rømermer
Rømer è una scala basata sul congelamento e l'ebollizione dell'acqua salata. Questa scala è attualmente in disuso, in quanto non fornisce risultati accurati.
Scala Fahrenheit
Daniel Fahrenheit era un produttore di strumenti tecnici che ha creato il termometro ad alcol nel 1709, e poi anni dopo avrebbe realizzato il primo termometro a mercurio. Questo inventore di origine tedesca, ha sviluppato una scala termometrica arbitraria, che porta il suo nome, che ha le seguenti caratteristiche:
- Non ha valori negativi, poiché a quel tempo non c'erano nozioni riguardanti temperature inferiori a 0, per questo motivo l'ebollizione dell'acqua avviene a 212ºF, e il suo congelamento a 32ºF.
- È abbastanza preciso, poiché si basa su osservazioni nel termometro a mercurio, un materiale con un'espansione quasi uniforme in quell'intervallo di temperatura.
- Con il suo termometro di precisione, Fahrenheit ha misurato la variazione della temperatura di ebollizione dell'acqua in condizioni di pressione ambiente ed è stato in grado di stabilire che il punto di ebollizione è una caratteristica di ciascuna sostanza liquida.
- Il suo utilizzo si è diffuso in paesi come gli Stati Uniti e il Regno Unito.
Scala Celsius
Tra le bilance termometriche, questa ha guadagnato grande popolarità a suo tempo. Fu inventato nel 1742 dall'astronomo svedese Andrés Celsius, che lo sviluppò prendendo il punto di congelamento dell'acqua come valore inferiore e il suo punto di ebollizione come valore massimo. Celsius ha eseguito una serie di 100 divisioni tra questi due punti.
A differenza delle altre scale, la centigrado funziona con 100 gradazioni, e il suo utilizzo è stato esteso per scopi domestici, poiché in campo scientifico si preferisce l'uso della scala Kelvin assoluta.
Scala assoluta
Questa scala è detta "assoluta", che contempla il valore dello zero assoluto, e la sua importanza risiede fondamentalmente in questo aspetto, poiché non dipende da punti fissi arbitrari, ma piuttosto presenta la temperatura come espressione della cinetica molecolare., Ottenendo il valore nel punto in cui è stata determinata la cessazione del movimento molecolare.
È importante notare che questa temperatura è associata alla scala Celsius, poiché entrambi gestiscono una graduazione di 100.
Scala Rankine
Nel 1859, l'ingegnere William Rankine, propose questa scala, che è correlata ai gradi Fahrenheit, poiché gestisce la stessa graduazione, tuttavia questa scala contempla la presenza dello zero assoluto. In un'analogia, si può dire che la relazione Celsius-Kelvin è della stessa natura del Fahrenheit-Rankine.
Conversioni tra scale termometriche
L'utilizzo delle conversioni è di grande importanza nel campo del problem solving, è determinato dal fatto che non si possono raggruppare variabili di diversa natura. E poiché le diverse discipline possono essere gestite in termini di diverse scale termometriche, sono state stabilite relazioni che consentono la trasformazione dei valori.
- Fahrenheit (ºF) - Rankine (ºR)
ºF = ºR- 460
- Celsius (ºC) - Kelvin (ºK)
ºC = ºK- 273
- Celsius (ºC) - Fahrenheit (ºF)
ºC = (ºF-32) / 1,8