Cosa sapete della temperatura?

COS’È più rilassante di una doccia o un bagno caldo in una giornata fredda? Se però l’acqua è troppo calda o troppo fredda, forse provate una sensazione di disagio e farete il bagno in men che non si dica. Cos’è che rende la doccia o il bagno una cosa gradevole anziché traumatica? La temperatura dell’acqua, ovviamente.

Un’altra cosa di cui ci interessiamo ogni giorno è la temperatura atmosferica. Conoscendola possiamo decidere come vestirci e come organizzare la nostra giornata. Dato che è così utile sapere qual è la temperatura, spesso la troviamo indicata sugli edifici pubblici insieme all’ora.

Tuttavia, secondo il luogo dove abitate, il valore indicato può rispecchiare condizioni completamente diverse. Perché, ad esempio, se negli Stati Uniti la temperatura è di 40 gradi bisogna mettersi il cappotto, mentre in Europa una temperatura di 40 gradi richiederebbe indumenti leggerissimi?

Scale termometriche

In parole semplici, nei luoghi dove si usa la scala Fahrenheit, ad esempio negli Stati Uniti, quando ci sono 40 gradi è freddo, poco più su del punto di congelamento dell’acqua. Ma in Europa, dov’è comunemente usata la scala Celsius, una temperatura di 40 gradi equivale a un caldo soffocante. In questo articolo considereremo solo queste due scale usate comunemente dalla gente. Dove hanno avuto origine le scale termometriche Fahrenheit e Celsius?

Nel 1714 Gabriel Daniel Fahrenheit, un fisico tedesco, mise a punto una scala termometrica servendosi di un termometro a mercurio. Egli stabilì tre punti fissi. Voleva che il punto zero della sua scala fosse il più in basso possibile. Così mischiò ghiaccio, acqua e un tipo di sale, e la temperatura della miscela scese al punto più basso che egli riuscì a ottenere allora. Quella temperatura divenne lo 0 gradi della sua scala. Dopo di che Fahrenheit assunse la temperatura di un corpo umano sano come punto superiore della sua scala. Fissò quella temperatura a 96 gradi. (Tuttavia si è poi riscontrato che la temperatura di un corpo umano sano è di circa 2 gradi e mezzo più alta di quella fissata arbitrariamente da lui). Per ottenere il terzo punto fisso, misurò il punto di congelamento dell’acqua e trovò che era di 32 gradi. In seguito determinò con quella scala il punto di ebollizione dell’acqua. Al livello del mare quella temperatura risultò essere di 212 gradi, che in seguito Fahrenheit propose come punto superiore della sua nuova scala.

Anders Celsius, un astronomo svedese che visse dal 1701 al 1744, fu un contemporaneo di Gabriel Fahrenheit. Nel 1742 Celsius mise a punto una scala termometrica che è pure chiamata col suo nome. Questa scala ha due punti fissi: 0 gradi è il punto di congelamento dell’acqua, e 100 gradi il punto di ebollizione dell’acqua al livello del mare. Dal momento che Celsius divise il suo termometro in 100 parti uguali, essa è chiamata anche scala termometrica centigrada. La scala Celsius è usata ovunque sia stato accettato il sistema metrico decimale.

Dato che oggi vengono comunemente usate sia la scala Celsius che la scala Fahrenheit, spesso è necessario fare conversioni dall’una all’altra. Come si fa? Ebbene, si noti che l’intervallo tra il punto di ebollizione e il punto di congelamento dell’acqua nella scala Fahrenheit è di 180 gradi (212 gradi meno 32 gradi). Ma nella scala Celsius è di 100 gradi. Perciò il rapporto fra le due scale è di 180/100, o 9/5.

Perciò, per convertire un valore da Fahrenheit a Celsius, prima si sottrae 32 dalla temperatura Fahrenheit. Poi si moltiplica la differenza per 5/9. Per illustrare, prendiamo una temperatura Fahrenheit di 104 gradi, un caldo soffocante. Per arrivare alla temperatura Celsius, si sottrae 32 da 104, e si ottiene 72. Poi si moltiplica 72 per 5/9. Il risultato è 40, la temperatura Celsius. E quando fa 40 gradi Celsius è davvero un caldo soffocante!

D’altro canto, per convertire i gradi Celsius in Fahrenheit, si moltiplicano i gradi Celsius per 9/5 dopo di che si aggiunge 32. Quindi, per illustrare, prendiamo una temperatura di 20 gradi Celsius. A che cosa corrisponde sulla scala Fahrenheit? Moltiplicando 20 per 9/5, si ottiene 36. Sommando 32 a 36, si arriva alla temperatura di 68 gradi Fahrenheit.

Cos’è la temperatura?

La temperatura è una grandezza usata per misurare il caldo e il freddo. Ma cos’è che rende una sostanza calda o fredda? Se poteste guardare entro la struttura molecolare e atomica delle sostanze mentre si riscaldano, vedreste avvenire vari cambiamenti. Osserviamo una pentola d’acqua messa a scaldare su un fornello.

Le molecole d’acqua si muovono sempre più velocemente. Ben presto l’acqua bolle. Ciò avviene quando le molecole dell’acqua si muovono così in fretta che rimbalzano le une contro le altre e non aderiscono più le une alle altre sotto forma di liquido. L’acqua sta effettivamente cominciando a trasformarsi in gas, che vediamo sotto forma di vapore.

Le bollicine di gas si formano prima in fondo alla pentola, dato che lì la temperatura è più alta. Durante questa trasformazione dell’acqua in vapore, anche se si continua ad aumentare il calore la temperatura non cambia. Questo perché ci vuole energia per far passare le molecole dallo stato liquido a quello gassoso. Il calore somministrato fornisce quest’energia. Quindi, invece di rendere l’acqua più calda, esso fa semplicemente passare altre molecole di acqua allo stato gassoso.

Le molecole di acqua allo stato gassoso si muovono sempre più velocemente, vibrando e cambiando posizione con l’aumentare della temperatura. Se la temperatura del vapore fosse alzata di molto, essendo portata diciamo a decine o centinaia di milioni di gradi, si staccherebbero dagli atomi anche gli elettroni. A queste alte temperature, i nuclei, le minuscole parti centrali degli atomi, si urterebbero fra loro con tale violenza da provocare reazioni nucleari. Infatti, l’idea di usare la fusione nucleare per produrre energia si basa proprio su questo principio.

Escursioni termiche

Per quel che si sa, la temperatura non ha un limite superiore. Sembra però che abbia un limite inferiore. Lo zero assoluto corrisponde a -459,67 gradi Fahrenheit o -273,15 gradi Celsius. Questo è il punto in cui le molecole e gli atomi di una sostanza hanno la minor quantità possibile di energia.

La superficie del pianeta Plutone ha una temperatura che si calcola sia di circa -350 gradi Fahrenheit, o -210 gradi Celsius. Nel 1965 gli astronomi scoprirono che nell’oscuro spazio cosmico la temperatura è di circa -455 gradi Fahrenheit, o -270 gradi Celsius, solo 3 gradi sopra lo zero assoluto della scala Celsius. Passando all’altro estremo, si crede che al centro del sole la temperatura sia di circa 15 milioni di gradi Celsius. Ma le stelle che sono più grandi del sole — e ci sono stelle migliaia di volte più grandi — hanno probabilmente temperature molto più elevate.

Che dire delle escursioni termiche qui sulla terra? Le temperature oscillano relativamente di poco. Il 21 luglio 1983 venne registrata nell’Antartide una temperatura di -128,6 gradi Fahrenheit, o -89,2 gradi Celsius. E il 13 settembre 1922 fu registrata a El Azizia, nell’Africa settentrionale, una temperatura record di 136 gradi Fahrenheit, o 58 gradi Celsius. Ma la stragrande maggioranza delle persone non ha mai provato temperature sia pure vicine a questi estremi. Possiamo essere grati al Creatore, Geova Dio, che sulla terra le temperature oscillino entro limiti relativamente stretti. Per questo motivo la vita sulla terra può essere piacevole.

[Diagramma a pagina 13]

(Per la corretta impaginazione, vedi l’edizione stampata)

Fahrenheit Celsius

98.6 37 Temperatura corporea normale

32 0 L’acqua si congela

-460 -273 Zero assoluto