Fisica: dalla temperatura al calore

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Introduzione

Tra gli argomenti più interessanti di fisica c'è sicuramente la spiegazione del come si fa ad arrivare dalla temperatura al calore. L'energia termica è più intensa in sostanze le cui molecole si muovono velocemente in un modo molto disordinato. Tale sostanza darà un po' del suo calore ad un'altra sostanza le cui molecole sono meno agitate. Quando questo accade, il calore è detto di "flusso" da una sostanza all'altra (o da un corpo all'altro). Il trasferimento di energia è indicata da un cambiamento di temperatura.

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Caldo e freddo

La temperatura, quindi, non è la stessa cosa come calore, anche se le due parole sono spesso utilizzate in modo intercambiabile. La temperatura può essere definita come il grado di intensità della sensazione calda o fredda. "Caldo" e "freddo", tuttavia, sono termini comparativi. Una fiamma, per esempio, è calda se confrontata con ghiaccio, ma freddo rispetto al sole. Questa definizione di temperatura, di conseguenza, è vaga e non scientifica, anche se ci vuole dare l'impressione che la temperatura corretta è una misura della relativa intensità piuttosto che di quantità.

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La definizione

Una definizione più specifica è: la temperatura è la capacità di un corpo nel cedere energia termica ad un altro corpo. Un corpo caldo diventa più freddo, e un corpo freddo diventa più caldo, finché il calore fluisce da uno all'altro. Il corpo caldo ha una maggiore capacità di cedere calore e quindi ha una temperatura più elevata. Dopo un lasso di tempo i due corpi possono raggiungere una condizione di equilibrio termico, o bilanciamento dell'intensità di calore. Poi, flusso il di calore cessa. Nel punto di equilibrio entrambi i corpi possono dirsi alla stessa temperatura.

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La misurazione

La temperatura viene misurata mediante strumenti chiamati termometri. Diverse scale di temperatura sono stati ideati per correlare il piccante e freddo dei corpi a temperature fisse, come il punto di congelamento e punto di ebollizione dell'acqua. Sulle maggior scale di temperatura, l'unità di temperatura è chiamata grado. La scala Kelvin è un'eccezione; la sua unità di temperatura è il Kelvin. Il Fahrenheit, Celsius (o centigradi), e Reaumur sono scale utilizzate nella gamma di temperature importanti per il comfort umano, esperimenti di laboratorio e processi industriali. La scala Rankine e la scala Kelvin si basano sul concetto di zero assoluto; tutte le letture di temperatura su queste scale sono numeri positivi. La scala Kelvin è ampiamente usata nel lavoro scientifico. La scala Rankine è utilizzata, invece, principalmente da ingegneri inglesi e americani.

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I gradi

A questo punto arriviamo allo zero assoluto. Gli esperimenti hanno dimostrato che ogni 1°C. In aumento o in diminuzione della temperatura provoca la pressione esercitata da un gas per aumentare o diminuire il tasso costante di 1/273,15 della sua pressione a 0°C. Questo significa che un -273.15°C. Un gas ideale (teoria) non eserciterebbe alcuna pressione. Dal momento che gli esperimenti con gas reali hanno mostrato una chiara relazione tra pressione e temperatura, la pressione zero indica che il gas ideale aveva perso tutta la sua capacità di dare il calore e le sue molecole sarebbero assolutamente immobili. Questo è impossibile, le molecole sono sempre agitate, in una certa misura, e di conseguenza lo zero assoluto di temperatura rimane un concetto teorico. Il concetto è, tuttavia, utile, poiché fornisce un punto di base al quale possono essere riferiti tutti i sistemi di misura di temperatura, in numeri positivi.

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Lo zero assoluto

L'idea che lo zero assoluto non può mai essere raggiunto a volte è considerato abbastanza importante da essere chiamato il terzo principio della termodinamica. Gli scienziati sono riusciti a creare sostanze raffreddate all'interno di una piccola frazione di grado sopra lo zero assoluto. Lo studio del comportamento di sostanze a basse temperature si chiama criogenia. Lo zero assoluto è il limite inferiore per la temperatura, ma non vi è alcun limite superiore. Le sostanze più caldi conosciuti sono gas ionizzati in certe stelle, con temperature di un miliardo di gradi o più.

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Il calore

Il calore rilasciato o assorbito in un processo fisico o chimico può essere misurata con uno strumento chiamato calorimetro. Unità comunemente utilizzata per misurare il calore sono il contenuto calorico e la British Thermal Unit, o Btu. Il calore viene misurato anche in tali altre unità come il joule (l'unità di energia nel SI, o sistema metrico).

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