Fisica: la temperatura assoluta

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Introduzione

Lo studio della fisica ha permesso la scoperta di una serie di fenomeni particolarmente importanti per la nostra vita attuale. I secoli passati sono serviti a mettere le basi per lo studio di nuovi fenomeni e tecnologie oggetto attuale di ricerca. La fisica si basa totalmente su un aspetto particolarmente importante, ovvero le unità di misura. In questa guida tratteremo una delle unità di misura più importanti della fisica: la temperature assoluta.

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Occorrente

  • Dispense di fisica
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La temperatura del livello caldo e freddo

Il primo aspetto importante è legato alla definizione della grandezza fisica che stiamo prendendo in considerazione. La temperatura è una misura relativa del livello di caldo e freddo valutato rispetto a due eventi naturali di riferimento: il punto di liquefazione del ghiaccio e il punto di ebollizione dell'acqua. Esiste un valore minimo della temperatura al di sotto del quale non è possibile scendere, ovvero esiste per la temperatura uno zero assoluto.

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Lo studio del gas

Nella fisica, la scala che ha il proprio zero coincidente con lo zero assoluto è detta "scala assoluta delle temperature assolute" e in onore al fisico Lord Kelvin è chiamata scala Kelvin; la sua unità è il grado kelvin °K.
Lo studio dei gas, oltre a consentire la scoperta dello zero assoluto, ha condotto ad una comprensione più profonda della temperatura e del calore. L. Boltzmann (1844-1906), avviò lo studio dello stato termodinamico di un gas considerandolo come un sistema composto da particelle (atomi) dotate di una propria massa e velocità che si muovono urtandosi sia reciprocamente sia con le pareti del recipiente che le contiene. Egli riuscì a dimostrare che in queste condizioni, considerando gli urti completamente elastici, ciascuna particella di gas possiede un'energia cinetica media che è legata alla temperatura del gas nella relazione dove "k" è una costante universale (nota come costante di Boltzman) e la temperatura assoluta del gas è espressa in gradi Kelvin.

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La temperatura e il calore posseduti da un gas

Questa relazione è di importanza fondamentale e consente di ridefinire la temperatura e il calore posseduti da un gas, o da un altro corpo qualsiasi, nel seguente modo: la temperatura di un corpo in equilibrio termico rappresenta l'energia cinetica media posseduta da ciascuna particella (molecola o atomo) che compone il corpo considerato, mentre il calore posseduto da un corpo rappresenta la somma dell'energia cinetica media posseduta da tutte le molecole.
Fra le due grandezze non vi è un legame diretto, infatti un corpo più freddo può possedere una quantità di calore maggiore rispetto a un corpo più caldo poiché la sua massa, ovvero il numero di molecole che contribuiscono a determinare l'energia totale, è diversa. Ad esempio il caso di un fiammifero acceso e di una bacinella d'acqua tiepida: il fiammifero ha una temperatura elevata rispetto all'acqua (energia cinetica media di ciascuna molecola elevata) e poco calore, mentre la bacinella, nonostante la temperatura molto minore, possiede maggior calore grazie alla maggiore massa e lo dimostra il fatto che se spegnamo il fiammifero nella bacinella essa non aumenta sensibilmente la sua temperatura.

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