La temperatura e i cambiamenti di stato

Misurazione della Temperatura: Principi e Strumenti

La temperatura è una grandezza fisica che indica il grado di agitazione termica delle particelle di un corpo e non può essere determinata accuratamente attraverso il semplice tatto. Per misurarla oggettivamente, si utilizza il termometro, uno strumento che può basarsi su diversi principi fisici, tra cui la dilatazione termica di un liquido, come il mercurio o l'alcol, contenuto in un bulbo di vetro. Con l'aumento della temperatura, il liquido si espande e sale lungo un tubo capillare, permettendo la lettura su una scala graduata. La scala Celsius, adottata in molti paesi del mondo, definisce il punto di congelamento dell'acqua a 0°C e il punto di ebollizione a 100°C, suddividendo l'intervallo in 100 gradi uguali. La precisione della misurazione dipende dalla qualità del termometro e dalla corretta calibrazione della scala.

Le Scale Termometriche e il Sistema Internazionale

Esistono diverse scale termometriche utilizzate a livello internazionale. La scala Fahrenheit, prevalente nei Paesi anglosassoni, fissa il punto di congelamento dell'acqua a 32°F e il punto di ebollizione a 212°F, con l'intervallo suddiviso in 180 gradi. Nel Sistema Internazionale di Unità di Misura (SI), si adotta la scala Kelvin, che parte dallo zero assoluto, definito come 0 K o -273,15°C, e procede con incrementi equivalenti a quelli della scala Celsius. Il punto di congelamento dell'acqua corrisponde a 273,15 K e quello di ebollizione a 373,15 K. Il kelvin è l'unità di misura della temperatura nel contesto scientifico, essenziale per esprimere le temperature in termini assoluti e per le misurazioni che richiedono alta precisione.

Cambiamenti di Stato e Temperatura

I cambiamenti di stato sono fenomeni fisici che si verificano quando una sostanza passa da uno stato fisico all'altro (solido, liquido, gassoso) a causa di variazioni di temperatura. Il riscaldamento di un solido aumenta l'agitazione delle sue molecole, indebolendo i legami intermolecolari e portando alla fusione. Se il riscaldamento prosegue, le molecole acquisiscono energia sufficiente per superare le forze di attrazione e passare allo stato gassoso attraverso la vaporizzazione. Inversamente, il raffreddamento di un gas riduce l'energia cinetica delle molecole, favorendo la loro aggregazione in liquido e successivamente in solido. Esistono anche transizioni dirette dallo stato solido a quello gassoso, come la sublimazione, e viceversa, come la deposizione. Questi cambiamenti di stato sono strettamente legati alle variazioni di temperatura e alla quantità di calore assorbita o rilasciata dalla sostanza.

La Fusione del Ghiaccio e l'Ebollizione dell'Acqua

Durante la fusione del ghiaccio, la temperatura della sostanza rimane costante a 0°C nonostante l'assorbimento di calore, poiché l'energia viene utilizzata per rompere i legami cristallini tra le molecole d'acqua, un processo che richiede il calore latente di fusione. Una volta che tutto il ghiaccio si è trasformato in acqua, la temperatura può aumentare ulteriormente. Analogamente, durante l'ebollizione, l'acqua raggiunge e mantiene la temperatura di 100°C, punto in cui si verifica la transizione dallo stato liquido a quello gassoso. Il calore fornito in questa fase è detto calore latente di vaporizzazione e viene impiegato per superare le forze di coesione tra le molecole d'acqua. A differenza dell'ebollizione, che avviene in tutto il volume del liquido e richiede una temperatura specifica, l'evaporazione può verificarsi a qualsiasi temperatura e interessa solo la superficie del liquido, con le molecole più energetiche che sfuggono allo stato liquido.