Quotidianamente percepiamo delle sensazioni che definiamo come caldo e freddo, ma a volte queste sensazioni risultano ingannevoli, basti pensare che lo stesso oggetto può sembrare più o meno caldo a seconda di cosa abbiamo toccato precedentemente.
Il calore e la temperatura sono concetti familiari che nell’uso comune, però, vengono spesso utilizzati erroneamente come sinonimi per indicare la sensazione di freddo e caldo che un corpo fa percepire.
La materia è costituita da atomi e la temperatura di un corpo rappresenta l’indice del grado di agitazione dei suoi atomi.
Avvicinando due corpi a temperature diverse si ha un trasferimento di energia dal più caldo al più freddo, la trasmissione del calore avviene sempre spontaneamente solo da un corpo a temperatura maggiore verso un corpo a temperatura minore.
Il calore
In fisica il termine calore ha una significato fisico ben specifico ma, per spiegarlo, è necessario introdurre il principio dell’equilibrio termico:
Se due corpi A e B, di temperatura diversa (Ta e Tb), vengono messi a contatto termico, i loro rispettivi stati si influenzano a vicenda e, una volta giunti in una situazione di equilibrio, raggiungono uno stato caratterizzato dalla stessa temperatura, intermedia tra le due.
In altre parole, se si permette a due corpi di scambiare calore, si arriverà ad una situazione di equilibrio dove il più caldo ha ceduto calore al più freddo affinché raggiungessero entrambi la stessa temperatura.
Il calore è, appunto, l’energia che è stata scambiata tra i due corpi.
Il Principio zero della termodinamica può essere riformulato anche in un altro modo: se un oggetto A è in equilibrio termico (ovvero, ha la stessa temperatura) sia con un oggetto B sia con un oggetto C, allora anche gli oggetti B e C saranno in equilibrio termico.
Questo principio viene sperimentato comunemente ogni volta che si osserva un corpo ad una temperatura maggiore raffreddarsi, fino a raggiungere la stessa temperatura dell’ambiente circostante come, ad esempio, quando tiriamo fuori dal frigo una bottiglia d’acqua fredda d’estate.
In base a quanto abbiamo visto possiamo dunque affermare che il calore è un’energia che può essere scambiata tra due corpi che si trovano a temperature diverse.
La temperatura
La temperatura è una grandezza macroscopica fondamentale del Sistema Internazionale e può essere definita come la misura dell’energia cinetica degli atomi che costituiscono un corpo o una sostanza, ovvero, della sua quantità di calore.
Questa proprietà non dipende dalle dimensioni dell’oggetto in esame, ma ci permette di misurare quanto un corpo possa essere caldo o freddo.
Lo strumento di misurazione che ci permette di avere indicazioni sulla temperatura è il termometro.
Il termometro si basa sulla capacità di alcune sostanze (il più delle volte liquide, come il mercurio) di espandersi con l’aumentare della temperatura.
La misura della temperatura dipende dalla scala termometrica utilizzata, le principali scale termometriche sono tre:
- Scala Celsius o centigrada (°C)
- Scala Kelvin (°K)
- Scala Fahrenheit (°F)
La scala Celsius è la scala di misura della temperatura più utilizzata nel quotidiano, per usi commerciali e nella ricerca scientifica.
L’ideatore della scala Celsius, Anders Celsius, pose, dopo varie correzioni, il riferimento del ghiaccio fondente per la temperatura degli 0 °C, ed il riferimento dell’acqua bollente per la temperatura dei 100 °C a livello del mare, a pressione atmosferica.
L’intervallo che intercorre tra le due temperature venne suddiviso in 100 parti uguali: ogni parte corrispondeva ad un grado Celsius, indicato convenzionalmente con il simbolo °C.
La scala Kelvin (°K), fa riferimento a un particolare zero: lo zero assoluto.
Lo zero assoluto corrisponde alla più bassa temperatura che teoricamente si possa ottenere in qualsiasi sistema, ovvero, -273,15 °C o -459,67 °F.
Per questo motivo, la temperatura misurata in °Kelvin è detta anche temperatura assoluta.
La scala Fahrenheit è utilizzata principalmente negli Stati Uniti e in Giamaica, l’unità di misura di questa scala è il grado Fahrenheit (°F).
La scala Fahrenheit adotta come temperature di riferimento 32 °F e 212 °F per indicare, rispettivamente, il punto di congelamento di congelamento e di ebollizione dell’acqua a livello del mare, a pressione atmosferica.
Fahrenheit stabilì che il punto zero della sua scala (0 °F) doveva essere la temperatura alla quale una ugual misura di ghiaccio e sale fonde.
Per concludere, possiamo affermare che il calore è l’energia che viene trasferita da un corpo di temperatura maggiore ad un corpo di temperatura minore quando non ci troviamo in una situazione di equilibrio termico, mentre la temperatura è una grandezza che utilizziamo per misurare l’energia cinetica degli atomi di un corpo (o fluido), ovvero, il suo calore.
Alessandro Biasia