La temperatura e il calore

Misurazione della Temperatura: Termometri e Scale Termometriche

La temperatura è una grandezza fisica che esprime il grado di agitazione termica delle particelle di un sistema e si misura utilizzando strumenti chiamati termometri. Esistono diversi tipi di termometri, tra cui il termometro a mercurio, ormai in disuso per ragioni di sicurezza, e quello a liquido colorato, spesso alcol, che si espande o si contrae in funzione della temperatura. La scala graduata sul termometro permette di leggere il valore della temperatura in base all'altezza del liquido. I termometri digitali, invece, si basano su sensori elettronici che convertono la temperatura in un segnale elettrico, mostrato poi su un display digitale. Questi dispositivi possono misurare la temperatura corporea in vari modi, inclusi i termometri a infrarossi che rilevano la radiazione termica emessa dalla pelle. In ambito meteorologico, si utilizzano termometri a massima e a minima per registrare le temperature più alte e più basse raggiunte durante il giorno.

Le Scale Termometriche e lo Zero Assoluto

Le scale termometriche permettono di quantificare la temperatura e sono basate su punti di riferimento standardizzati. La scala Celsius, utilizzata comunemente in molti paesi, definisce il punto di fusione del ghiaccio a 0°C e il punto di ebollizione dell'acqua a livello del mare a 100°C, suddividendo l'intervallo in 100 gradi. La scala Fahrenheit, prevalente negli Stati Uniti, assegna 32 gradi al punto di fusione del ghiaccio e 212 gradi al punto di ebollizione dell'acqua. La scala Kelvin è la scala termometrica del Sistema Internazionale di Unità di Misura e ha come punto di partenza lo zero assoluto, definito come la temperatura alla quale cessa il movimento termico delle particelle. Lo zero assoluto è pari a -273,15°C e in questa scala non si utilizza il simbolo del grado, ma solo la lettera K.

Misurazione del Calore: Calorie e Joule

Il calore è una forma di energia che si trasferisce tra corpi a differenti temperature e si misura in calorie o joule. Una caloria (cal) è definita come la quantità di energia necessaria per innalzare di 1°C la temperatura di 1 grammo di acqua pura a pressione atmosferica standard. La kilocaloria (kcal), comunemente utilizzata in nutrizione, corrisponde a 1000 calorie e indica l'energia necessaria per riscaldare di 1°C un chilogrammo di acqua. Nel Sistema Internazionale, l'unità di misura dell'energia, inclusa quella termica, è il joule (J), con 1 kcal che equivale a circa 4184 J. Queste unità di misura sono essenziali per comprendere il contenuto energetico degli alimenti e per studiare i processi di trasferimento di energia sotto forma di calore.

Trasmissione del Calore: Conduzione, Convezione e Irraggiamento

Il calore si propaga da un corpo a temperatura maggiore verso uno a temperatura minore attraverso tre modalità principali: conduzione, convezione e irraggiamento. La conduzione è il trasferimento di energia termica attraverso la materia, senza spostamento di massa, e avviene principalmente nei solidi, dove le particelle vibrano e trasmettono energia alle adiacenti. I metalli sono ottimi conduttori di calore, mentre materiali come il legno e il sughero sono considerati isolanti. La convezione è caratteristica dei fluidi (liquidi e gas) e avviene quando il calore provoca movimenti di massa all'interno del fluido, creando correnti convettive. L'irraggiamento è il trasferimento di energia termica tramite onde elettromagnetiche, come le radiazioni infrarosse, che possono propagarsi anche nel vuoto, permettendo ad esempio al calore del Sole di raggiungere la Terra.