orazio101982.og_at_gmail.com ha scritto:
> Il giorno domenica 11 ottobre 2009 16:38:57 UTC+2, 1.6A ha scritto:
>> Ciao, vorrei sapere qual è
>> la differenza tra i gradi centigradi
>> e i kelvin. Inoltre perché i primi
>> vengono detti appunto "gradi" ed i
>> secondi no.
>
> ciao, rispondo subito alla tua domanda.
Ma l'hai guardata la data?
Comunque alla tua risposta ci sono diverse cose da correggere.
> la differenza tra gradi celsius e gradi kelvin é che la scala kelvin
> non misura numeri negativi (ad esempio -45C?), ma misura solo
> temperature alte.
Volevi dire che non ci sono temperature negative nella scala Kelvin.
In realtà non è vero, ma spiegarlo richiederebbe una divagazione un
po' lunga.
Che perﾃｲ misuri solo temperature "alte" non è affatto vero.
Per es. la temperatura dell'elio liquido a pressione di 1 atm è 4 K.
> Per quando riguarda la scala celsius misura temperatura negativa,
> ovvero anche al disotto dello 0 (ad esempio -23C).
A parte che si scrive -23°C, questo è vero: tutte le temperature sotto
quella di fusione del ghiaccio sono negative sulla scala Celsius.
Embè?
> Un altra cosa volevo precisare, per calcolare la temperatura
> tra gradi kelvin a celsius si fa: "-273.15k+i gradi C"
L'hai detto male e hai sbagliato il segno.
Sia T la temperatura di un certo corpo nella scala Kelvin, t quella
nella scala Celsius. Allora T = t + 273.15, ovvero t = T - 273.15.
Detto ancora meglio.
Le due scale hanno la stessa unità: 1 grado Celsius è uguale a 1
kelvin.
Nota che non si dice "grado Kelvin", ma solo "kelvin".
E fai attenzione a maiuscole e a minuscole.
Pero lo zero è diverso: 0°C è la stessa temperatura che 273.15 K.
Ma con questo abbiamo solo discettato sulle notazioni e la
terminologia, senza sfiorare la fisica che ci sta sotto.
La differenza tra le due scale è prima di tutto storica.
La scala Celsius è nata prima, quando la termodinamica non esisteva
ancora.
E' una scala empirica e del tutto arbitraria.
Si basa sulle proprietà dell'acqua, e venne definita assegnando 0°C
alla temp. del ghiaccio fondente a pressione di 1 atm, e 100°C alla
temp. di ebollizione, alla stessa pressione.
Naturalmente si deve intendere acqua pura.
Nella definizione moderna si precisa anche la composizione isotopica,
ma è meglio sorvolare :-)
Ma non basta; così sono stati assegnati due /punti fissi/, ma come di
trovano le temp. intermedie?
Con un termometro, diranno i miei piccoli lettori :-)
Già, ma il termometro come viene tarato?
Per es. si può prendere un termometro a mercurio, fare una tacca
quando sta a 0°C, un'altra a 100°C, e poi dividere l'intervallo in 100
parti uguali.
Ottimo, ma c'è un problema: se si usa un altro fluido, per es. alcol,
alle temp. intermedie i due termometri non vanno esattamente
d'accordo.
Quindi bisogna pure stabilire quale vada usato come termometro
standard...
Ora si capisce che una temp. negativa non ha nessun significato
particolare.
Per es. il mercurio congela a -39°C, ma questo ci dice qualcosa solo
sulle proprietà del mercurio e dell'acqua.
Se avessimo fissato lo zero alla temp. di congelamento del mercurio,
quella dell'acqua sarebbe positiva. E allora?
Tutto ciò non è importante per le applicazioni usuali, ma è
insoddisfacente da un punto di vista metrologico rigoroso.
La soluzione sta nella scoperta della /temp. termodinamica/ e in quella
dello /zero assoluto/.
La seconda è un fatto sperimentale, che concerne le proprietà dei gas.
Se studiamo la variazione della pressione di un gas a volume costante
(o quella del volume a pressione costante) in funzione della temp.
scopriamo che la variazione è con buona appross. lineare: uguali
variazioni di temp. comportano uguali variazioni di pressione, ecc.
Non solo: se disegniamo i grafici (P,t), che sono rette, troviamo che
queste rette tagliano l'asse delle t allo stesso valore della temp.
per i diversi gas: t =~ -273°C.
Da qui nacque l'idea di definire "temp. assoluta" quella con lo zero a
-273°C (zero assoluto).
Si sa che questo non è proprio vero per qualunque gas: va meglio se il
gas è bassa pressione, certi gas si comportano meglio di altri ... ne
nacque il concetto di "gas perfetto", inteso come quello che soddisfa
esattamente queste leggi.
Un'astrazione o se vogliamo un caso limite, al quale i gas reali si
aprossimano più o meno bene a seconda del gas e delle condizioni in
cui si trova.
Intanto era nata la termodinamica, e in particolare il /teorema di
Carnot/, il quale asserisce che tutte le macchine termiche reversibili
che lavorano tra due date temp. hanno lo stesso rendimento, che è il
massimo possibile.
Non solo: se il fluido della macchina è un gas perfetto, il rendimento
è 1-(T1/T2) (T1 e T2 temp. assolute).
Da qui l'idea d'invertire la logica.
Scegliamo a piacere *una* temperatura standard (poi vedremo come si è
scelta in pratica) e assegniamole un valore arbitrario T0.
Per determinare un'altra temp. T, basterà costruire una macchina di
Carnot che lavori fra queste temperature e misurarne il rendimento
eta.
Se T<T0 sarà eta = 1-T/T0, quindi T = T0*(1-eta).
Se T>T0 sarà eta = 1-T0/T, quindi T = T0/(1-eta).
Come si vede, basta *un solo* punto fisso, al quale andrà assegnato un
valore di temp. che fissa anche la scala, ossia l'unità di temp.
In pratica si è scelto il /punto triplo/ dell'acqua (questo non ha
niente di arbitrario: pressione e temp. sono fissate dalla coesistenza
delle tre fasi: solido, liquido, vapore).
A questo stato si è assegnata la temp. 273.16 K.
Questa è la /temp. termodinamica/.
Com'era prevedibile, il precedente zero della scala Celsius non
coincide col punto triplo: è circa 0.01 K più in basso.
In altre parole, 0°C equivale a 273.15 K.
Una facile obiezione: ma allora per misurare le temp. bisogna
fabbricare macchine di Carnot (che tra l'altro sono aassai difficili
anche solo da aprossimare)?
Risposta: non è necessario, stanti le leggi dei gas.
La temp. assoluta di un gas perfetto coincide idealmente con la temp.
termodinamica.
Quindi un termometro a gas misura la temp. termod., tanto meglio
quanto più il gas si approssima ad essere perfetto.
Le mie conoscenze metrologiche si fermano qui, ma suppongo che quando
si cerca la massima precisione si sappia anche tener conto dello
scostamento del gas termometrico dall'ideale, e apportare le opportune
correzioni.
--
Elio Fabri
Received on Thu Nov 09 2017 - 21:01:28 CET