La temperatura è un parametro fisico misurato con un termometro e studiato termometria . Nella vita di tutti i giorni è legato alle sensazioni di freddo e caldo , derivanti dal trasferimento termico tra il corpo umano e il suo ambiente. In fisica è definita in vari modi: come funzione crescente del grado di agitazione termica delle particelle (nella teoria cinetica dei gas ), dall'equilibrio dei trasferimenti di calore tra più sistemi o dall'entropia (in termodinamica e nella fisica statistica ) . La temperatura è una variabile importante in altre discipline: meteorologia e climatologia , medicina e chimica .
La scala di temperatura più comune è gradi Celsius , in cui il ghiaccio (formato dall'acqua) si scioglie a 0 ° C e l'acqua bolle a circa 100 ° C in condizioni di pressione standard. Nei paesi che utilizzano il sistema imperiale (imperiali) unità, si usa il grado Fahrenheit , quando il ghiaccio si scioglie a 32 ° C e l'acqua bolle a 212 ° C . L'unità del Sistema Internazionale di Unità (SI), di uso scientifico e definita dallo zero assoluto , è il kelvin , la cui graduazione è pressoché identica a quella dei gradi centigradi .
Scala | ° C | ° F | K |
---|---|---|---|
Zero Assoluto | -273,15 | -459,67 | 0 |
Fusione | 0 | +32 | +273,15 |
Bollente | +99,9839 | +212 | +373.1339 |
Le particelle che compongono la materia ( molecole o atomi ) non sono mai in quiete. Sono in vibrazione permanente e quindi hanno una certa energia cinetica . La temperatura è una misura indiretta del grado di agitazione microscopica delle particelle. Inoltre, uno spazio vuoto di materia ma in cui la luce si propaga contiene anche energia. In buone condizioni, a questa radiazione può essere associata una temperatura che misuri l'energia media delle particelle che la costituiscono. Un esempio importante di radiazione termica è quello del corpo nero , un esempio del quale è dato dalle stelle la cui radiazione rivela la temperatura degli atomi che si trovano sulla sua superficie.
Quando due corpi entrano in contatto, si scambiano spontaneamente energia termica : uno dei due corpi ha particelle che hanno più energia cinetica. Mettendole in contatto, gli urti tra le particelle fanno sì che questa microscopica energia cinetica venga trasmessa da un corpo all'altro. È questo trasferimento di energia che, nelle scienze fisiche , è chiamato calore .
Per i gas, la teoria cinetica definisce la temperatura come segue:
T=13KB∫dv→p(v→)(v→-tu→)2{\ displaystyle T = {\ frac {1} {3k_ {B}}} \ int d {\ overrightarrow {v}} \, p ({\ overrightarrow {v}}) \, ({\ overrightarrow {v}} - {\ overrightarrow {U}}) ^ {2}} o :Questi trasferimenti di energia portano spontaneamente ad uno stato di equilibrio termico in cui i due corpi presenti hanno la stessa temperatura.
Nei campi della fisica e della chimica , è comune parlare di temperatura ordinaria per una temperatura media corrente. Ad esempio, diciamo "l'acqua è liquida a temperatura ambiente" . Ma questo nome non è molto formalizzato e il valore della temperatura ordinaria è raramente specificato (il più delle volte valutato congiuntamente da 18 a 25 ° C ).
La temperatura normale di solito significa lo 0 della scala corrente: di solito è 0 ° C .
L'evaporazione dopo un tipico acquazzone di un'ora in estate in Europa riduce la temperatura di circa due gradi.
In termodinamica , la temperatura è definita dall'energia totale di un sistema (chiamata in questo contesto energia interna ) e dal numero di stati che può avere per un valore fisso di questa energia, che è dato dalla nozione di entropia . Si parla poi di temperatura termodinamica , che si misura in Kelvin e il cui minimo è lo zero assoluto , inaccessibile in pratica a causa delle proprietà quantistiche . 450 p K ( ovvero 0.45 n K o 0.000 000 000 45 K ), ovvero −273.149 999 999 55 ° C , è il record raggiunto nel 2003 presso il laboratorio di ricerca del Massachusetts Institute of Technology (MIT) da un team co-guidato dal premio Nobel per la fisica Wolfgang Ketterle .
In alcuni esperimenti di fisica, il calcolo della temperatura mediante la sua definizione termodinamica può portare eccezionalmente a valori negativi. Questi valori negativi sono estremamente bassi (dell'ordine da pochi picokelvin a pochi nanokelvin). Appaiono nella misurazione di certi sistemi quantistici molto particolari la cui entropia, dopo aver raggiunto un massimo, inizia a diminuire man mano che viene aggiunta ad essi più energia. Il segno meno compare quindi solo perché il verso della variazione utilizzata nella formula è finito per essere invertito. I campioni per i quali vengono misurate tali temperature assolute negative non sono "più freddi" dello zero assoluto poiché fornirebbero calore a qualsiasi altro sistema che venisse a contatto con essi. Anche le temperature assolute negative non significano che la temperatura abbia ad un certo punto superato lo zero assoluto, "quest'ultimo rimanendo impossibile da raggiungere".
Fonte.
Per creare una scala di temperatura, gli antichi scienziati hanno cercato due casi opposti, "freddo" e "caldo".
Gabriel Fahrenheit.
Anders Celsius.
Signore Kelvin.
L'unità legale di temperatura nel Sistema Internazionale è il kelvin con il simbolo K (notare l'assenza del simbolo ° perché non è una scala di misura). Esistono altri sistemi di misurazione precedenti e ancora utilizzati: scale Celsius, Centigrade, Fahrenheit e Rankine.
Il Kelvin è definita dal punto triplo dell'acqua: un kelvin è pari a 1 ⁄ 273,16 volte la temperatura del punto triplo dell'acqua. Lo zero assoluto , corrisponderebbe al limite ad una totale assenza di agitazione microscopica e ad una temperatura di -273,15 °C ; ma non possiamo mai raggiungerlo (pensate che l'entità fisica è piuttosto 1/T, e non possiamo mai raggiungere l'infinito). Questa unità viene utilizzata per definire una scala assoluta di temperature. Il grado Celsius è il kelvin che viene rimosso 273,15 K . La sua unità è °C . È una semplice traduzione della scala assoluta (vedi sotto). La temperatura del punto triplo dell'acqua viene quindi fissata a 0,01 °C . Scale centigradi la scala di misura è tale che 0 e 100 sono fissi. Si chiama centigrado perché i due punti di riferimento sono distanti 100°. Tra i due, è l'espansione del mercurio che definisce la scala. Ad esempio nella scala centigrada, zero corrisponde alla temperatura del ghiaccio che si scioglie e 100 gradi centigradi corrispondono alla temperatura di ebollizione dell'acqua alla pressione di 1 atmosfera. La scala Fahrenheit il suo simbolo è ° F. Assegna un intervallo di 180 ° F tra la temperatura di solidificazione dell'acqua e la sua temperatura di ebollizione. È dedotto dalla scala Celsius da una funzione affine (vedi sotto). Si imposta il punto di congelamento dell'acqua a 32 ° C e un punto di ebollizione a 212 ° C . La scala Rankine è una semplice omoteità della scala assoluta con un fattore di 9/5 (vedi sotto). ConversioneLa tabella seguente riassume le formule per convertire una temperatura tra le diverse scale.
A partire dal : | Kelvin | Centigrado | Fahrenheit | Rankine | Reaumur | |
---|---|---|---|---|---|---|
. | ||||||
Temperatura | kelvin | Centigrado | centigrado (storico) | Fahrenheit originale | Fahrenheit storica | Moderna (corrente) Fahrenheit | Rankine | Delisle | Newton | Reaumur | Rømer |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
Zero assoluto . | 0 | −273.15 | −273.197 | −459.67 | 0 | 559.725 | −90,14 | −218,52 | −135,90 | ||
Temperatura naturale più bassa registrata dal telerilevamento sulla superficie terrestre (non in situ ). | 180.0 | −93.2 | −135,8 | 323.9 | 289,8 | −30,8 | −74,6 | −41,4 | |||
Miscela di acqua/sale Fahrenheit . | 0 | ||||||||||
Origine della moderna scala Celsius. | 273,15 | 0 | 32 | 491.67 | 150 | 0 | 0 | 7.5 | |||
Temperatura di fusione dell'acqua (a pressione standard ). | 273.150.089 (10) | 0,000 089 (10) | 0 | 32 | 32 | 32.000 160 (18) | 491.670 160 (18) | 150 | 0 | 0 | 7.5 |
Temperatura del punto triplo di acqua . | 273.1600 (1) | 0,0100 (1) | 32.0180 (18) | ||||||||
Temperatura media sulla superficie terrestre. | 288 | 15 | 59 | 518.67 | 127.5 | 4.95 | 12 | 15.375 | |||
Temperatura media del corpo umano. | 309.95 | 36.8 | 98.24 | 557.91 | 94,8 | 12.144 | 29.44 | 26.82 | |||
Temperatura naturale più alta registrata sulla superficie terrestre. | 329,8 | 56,7 | 134 | 593,67 | 67.5 | 18.7 | 45.3 | 33.94 | |||
Temperatura di vaporizzazione dell'acqua (a pressione standard ). | 373.133 9 | 99.983 9 | 100 | 212 | 212 | 211.971 | 671.641 | 0 | 33 | 80 | 60 |
Punto di fusione del titanio . | 1.941 | 1.668 | 3 034 | 3 494 | -2 352 | 550 | 1334 | 883 | |||
Temperatura stimata della superficie del Sole . | 5.800 | 5 526 | 9 980 | 10.440 | −8 140 | 1,823 | 4.421 | 2.909 | |||
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Nel campo della meteorologia , la temperatura dell'atmosfera è spesso scritta T °. Vicino al suolo, viene tenuto al riparo a due metri dal suolo. Si parla di temperatura del vento , per esprimere la temperatura percepita sotto l'effetto del vento, detta anche temperatura soggettiva, sensazione di caldo o freddo, o anche temperatura del vento (per maggiori dettagli, vedi Wind chill ).
La temperatura secca corrisponde alla classica temperatura data da un termometro protetto dall'umidità e dalle radiazioni. Su un diagramma dell'aria umida , la curva della temperatura costante è una linea verticale.
La temperatura del bulbo umido , o temperatura del bulbo umido , viene misurata con un termometro sul quale l'acqua evapora. Generalmente si usa schiuma umida che è ventilata. La temperatura umida è sempre inferiore alla temperatura secca; sono tanto più uguali quanto l' umidità relativa è prossima al 100%. Lo strumento utilizzato per misurare contemporaneamente le temperature secche e umide è lo psicrometro .
Vedi anche:
Quando si parla di qualità dell'aria interna e di salute delle persone, una temperatura ben regolata è fondamentale. Infatti, troppo alto, favorisce lo sviluppo di acari e muffe . Adeguatamente regolamentato, consente notevoli risparmi energetici e finanziari indiretti.
Ci sono molte definizioni di temperatura non appena l'oggetto considerato non è in equilibrio termico. Identifichiamo con nomi caratteristici varie temperature che segnalano un improvviso cambiamento nelle proprietà di un corpo. Vedere Temperatura (disambigua) per maggiori dettagli.
A seconda della cultura, il calore dell'ambiente, di un habitat, dei vestiti, degli oggetti o del cibo evoca cose diverse e promuove comportamenti sociali diversi. Le parole "caldo" o "freddo" o frasi come "mani fredde scaldano il cuore" mostrano l'importanza fondamentale del calore nelle interazioni umane.
Gli esperimenti hanno dimostrato che un soggetto che tiene in mano una tazza di caffè caldo tende a trovare gli altri più affettuosi e premurosi che se avesse in mano un caffè freddo. Farà più volentieri un regalo a chi gli sta intorno dopo aver bevuto un caffè caldo, mentre tenderà a prendersi cura di sé dopo aver bevuto un caffè freddo.