Temperatura assoluta: differenze tra le versioni

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Per convertire una certa temperatura assoluta T nella corrispondente (e più familiare) temperatura in gradi [[Celsius]] basta sottrarvi il valore {{M|273,15|-|K}}, poiché la variazione di 1 kelvin è uguale alla variazione 1 grado Celsius e 0 gradi Celsius sono pari a 273,15 kelvin.
Per esempio {{tutto attaccato|298,15 K}} sono equivalenti a 25 °C.
 
== Unità di misura == <!-- Se si modifica questo titolo di sezione, aggiornare il redirect Scala termometrica -->
 
La temperatura non costituisce una vera e propria [[grandezza fisica]]. La [[proprietà fisica]] che il concetto di temperatura intende [[Grandezza fisica|quantificare]] può essere ricondotta essenzialmente a una [[relazione d'ordine]] fra i [[Sistema termodinamico|sistemi termodinamici]] rispetto al [[verso (vettore)|verso]] in cui fluirebbe il [[calore]] se fossero messi a contatto. Per questo, alla scelta, necessariamente [[Arbitrarietà|arbitraria]], di un'[[unità di misura]] per una grandezza fisica, corrisponde, nel caso della temperatura, la scelta, anch'essa necessariamente arbitraria, di una ''scala di misurazione''.
 
L'arbitrarietà in questo caso è maggiore rispetto a quello dell'unità di misura per grandezza fisica: in quest'ultimo la [[Relazione (matematica)|relazione]]<!-- forse più preciso e specifico wikilink a Relazione binaria --> di [[Funzione (matematica)|trasformazione]] fra un'unità di misura e un'altra può essere solo [[Proporzionalità (matematica)|proporzionale]] (il [[rapporto]] fra le due unità di misura considerate). Nel caso della temperatura, invece, una qualsiasi [[funzione monotona|trasformazione monotòna]] di una particolare scala termometrica scelta preserverebbe comunque la relazione d'ordine e dunque quella così ottenuta costituirebbe un'alternativa del tutto legittima al problema di quantificare la temperatura. Ecco perché, per esempio, le scale termometriche di [[Scala Celsius|Celsius]], di [[temperatura assoluta|Kelvin]] e di [[Scala Fahrenheit|Fahrenheit]] hanno fra di loro relazioni che includono [[Costante|costanti]] [[Addizione|additive]] (dunque non sono proporzionali).
 
Nonostante la temperatura non sia in senso stretto una grandezza fisica, si fa riferimento alle scale termometriche usando espressioni mutuate da quelle delle altre grandezze fisiche, quindi anche per la temperatura si parla di ''unità di misura''.
 
=== Scale termodinamiche relative ===
{{vedi anche|Temperatura}}
[[File:Water phase diagram.svg|thumb|Rappresentazione del [[punto triplo]] dell'acqua nel relativo [[diagramma di fase|diagramma di stato]] pressione-temperatura.]]
Le prime unità di temperatura, dell'inizio del [[XVIII secolo|'700]], sono di derivazione completamente empirica poiché si riferiscono tutte alla [[transizione di stato]] di una sostanza in condizioni ambiente. Sono anteriori anche al pieno sviluppo della [[termodinamica]] classica. Per citarne alcune appartengono a questa categoria le scale [[Scala Rømer|Rømer]] ([[1701]]), [[Scala Newton|Newton]] (attorno al 1700), [[Grado Réaumur|Réaumur]] ([[1731]]), [[Grado Fahrenheit|Fahrenheit]] ([[1724]]), [[Scala Delisle|Delisle]] o de Lisle ([[1738]]), [[Grado Celsius|Celsius]] ([[1742]]). Tutte le unità di misura di queste scale venivano e sono tuttora chiamate '''gradi''' (cui corrisponde sempre il prefisso ° al simbolo dell'unità: °C è il simbolo del grado Celsius, mentre C è il simbolo del [[Coulomb]]).
 
In Europa nelle applicazioni di tutti i giorni è ancora comunemente usata e tollerata la [[scala Celsius]] (chiamata in passato "scala centigrada"), nella quale si assume il valore di 0&nbsp;°C corrisponde al [[punto di fusione]] del [[ghiaccio]] e il valore di 100&nbsp;°C corrisponde al [[punto di ebollizione]] dell'[[acqua]] a [[livello del mare]].
Il simbolo °C si legge «grado Celsius» perché la dizione «grado centigrado» non è più accettata dall'SI in quanto può confondersi con l'unità assoluta [[Kelvin]].
 
=== Temperatura assoluta ===
L'idea che possa esistere una temperatura assoluta nacque solo nella seconda metà dell'[[XIX secolo|800]] . In ordine alcune delle più importanti sono: il [[Grado Rankine|Rankine]] ([[1859]]), il [[kelvin]] ([[1862]]) e il [[Scala Leiden|Leiden]] (circa [[1894]]?).
 
Il [[kelvin]] è tuttora l'unità di misura adottata dal [[Sistema internazionale di unità di misura|Sistema Internazionale]] (simbolo: K). Il [[sistema internazionale]] considera sbagliati sia la dicitura "grado kelvin" che l'uso del simbolo °K. Fino al 2019 un kelvin (1 K) viene formalmente definito come la frazione 1/273,16 della temperatura del [[punto triplo]] dell'[[acqua]]<ref name=APDST>{{Cita|Academic Press Dictionary of Science and Technology}}.</ref><ref>{{cita web|url=http://goldbook.iupac.org/K03374.html|titolo=IUPAC Gold Book}}</ref> (il punto in cui [[acqua]], [[ghiaccio]] e [[vapore acqueo]] coesistono in [[Equilibrio termodinamico|equilibrio]]).
Una differenza di temperatura in kelvin quindi è equivalente in Celsius, ma le scale sono fra loro diverse in quanto hanno punto zero diverso: c'è uno scostamento tra le due pari alla temperatura assoluta della fusione dell'acqua a pressione atmosferica: (273,15 K).<ref name=TPDM/>:
 
<math>T(K) = T(^oC) + 273,15</math>
 
Dal 2019, la scala termometrica assoluta viene definita a partire dalla [[costante di Boltzmann]], il cui valore è definito esatto<ref>{{Cita web|url=https://www.bipm.org/utils/en/pdf/CGPM/Draft-Resolution-A-EN.pdf|titolo="Draft Resolution A "On the revision of the International System of units (SI)" to be submitted to the CGPM at its 26th meeting (2018)"}}</ref>.
 
=== Tabella comparativa delle scale termodinamiche ===
La seguente tabella mette a confronto varie scale di misurazione della temperatura; i valori riportati, quando necessario, sono [[Arrotondamento|arrotondati per difetto]].
{| class="wikitable" style="text-align:center;"
! Descrizione
! [[kelvin]]
! [[Celsius]]
! [[Fahrenheit]]
! [[Rankine]]
! [[Scala Delisle|Delisle]]
! [[Scala Newton|Newton]]
! [[Réaumur]]
! [[Grado Rømer|Rømer]]
|-
| [[Zero assoluto]]
| 0
|−273,15
|−523,67
| 0
| 559,725
|−90,14
|−218,52
|−135,90
|-
| Temperatura più bassa registrata sulla [[superficie terrestre]]. ([[Base Vostok]], [[Antartide]] - 21 luglio [[1983]])
| 184
|−89,2
|−128,2
| 331,47
| 283,5
|−29,37
|−71,2
|−39,225
|-
| [[Grado Fahrenheit#Storia|Soluzione salina di Fahrenheit]]
| 255,37
|−17,78
| 0
| 459,67
| 176,67
|−5,87
|−14,22
|−1,83
|-
| [[Temperatura di fusione]] dell'[[acqua]] a [[pressione standard]].
| 273,15<ref name=TPDM>The Penguin Dictionary of Mathematics</ref>
| 0
| 32
| 491,67
| 150
| 0
| 0
| 7,5
|-
| Temperatura [[media (statistica)|media]] della superficie terrestre
| 288
| 15
| 59
| 518,67
| 127,5
| 4,95
| 12
| 15,375
|-
| Temperatura media di un [[corpo umano]].<ref name="Temp_corpo_umano">La temperatura normale del corpo umano è circa 36,8&nbsp;°C ± 0.7&nbsp;°C, o 98,2&nbsp;°F ± 1,3&nbsp;°F. Il dato che spesso viene riportato, 98,6&nbsp;°F, è la conversione dello standard tedesco del XIX secolo, pari a 37&nbsp;°C. Il numero di cifre significative riportato è "scorretto", in quanto suggerisce una precisione maggiore di quella reale ed è un artefatto della conversione. Una lista di misure è disponibile presso [http://hypertextbook.com/facts/LenaWong.shtml questo indirizzo] {{webarchive|url=https://web.archive.org/web/20100926162224/http://hypertextbook.com/facts/LenaWong.shtml |data=26 settembre 2010 }}, in lingua inglese.</ref>
| 310,0
| 36,8
| 98,2
| 557,9
| 94,5
| 12,21
| 29,6
| 26,95
|-
| Temperatura più alta mai registrata sulla superficie terrestre. ([[Valle della Morte|Death Valley]], [[USA]] - 18 luglio [[1960]], 17 luglio [[1998]], 19 luglio [[2005]] e 6 luglio [[2007]])
| 331
| 53.9
| 129.0
| 596,07
| 63
| 19,14
| 46,4
| 37,95
|-
| [[Temperatura di ebollizione]] dell'acqua a pressione standard.
| 373,15
| 100
| 212
| 671,67
| 0
| 33
| 80
| 60
|-
| [[Temperatura di fusione]] del [[titanio]].
| 1941
| 1668
| 3034
| 3494
|−2352
| 550
| 1334
| 883
|-
| Temperatura della [[fotosfera]] del [[Sole]].
| 5800
| 5526
| 9980
| 10440
|−8140
| 1823
| 4421
| 2909
|}
 
=== Scale energetiche ===
{{vedi anche|Costante di Boltzmann|Teorema di equipartizione dell'energia}}
Con gli studi di [[meccanica statistica]], si è concluso dalla fine dell'800 che la temperatura assoluta coincide con l'energia di agitazione termica delle molecole del materiale considerato. Purtroppo, questo concetto tuttavia è ancora oggi noto solo ad un pubblico molto ristretto.
 
La temperatura può essere sempre misurata anche in unità di misura energetiche: per esempio, nel Sistema Internazionale, il joule.
Ciò risulta conveniente però ai fini pratici solo per indicare temperature di centinaia di migliaia di gradi, tipiche di un [[plasma]].
La temperatura assoluta è quindi una forma di energia; non coincide con l'[[energia interna]], a cui è proporzionale. La costante di proporzionalità dipende dal tipo di molecole del gas (monoatomiche, biatomiche, poliatomiche) e dalla temperatura stessa, che determina i [[gradi di libertà]] attivi delle molecole. Ciò è espresso dal [[teorema di equipartizione dell'energia]].
 
Il fattore di conversione tra unità di temperatura assolute e unità energetiche si chiama [[costante di Boltzmann]]:
 
:<math>T(u.e.) = k_B \, T(u.a)</math>
 
ha le dimensioni di unità di energia/unità assoluta (ad esempio, [[joule]]/kelvin o [[elettronvolt]]/kelvin). La costante di Boltzmann ha un valore esatto:<ref name="codata">{{Cita web|url=https://physics.nist.gov/cgi-bin/cuu/Value?k|titolo=CODATA Value: Boltzmann constant|sito=physics.nist.gov|accesso=28 maggio 2019}}</ref>
 
:<math>k_\mathrm{B} = 1{,}380\,649\times10^{-23} \mathrm{\ J\,K^{-1}} </math>
:<math>k_\mathrm{B} = 8{,}617\,333\,262...\times10^{-5} \mathrm{\ eV \,K^{-1}} </math>
 
Quindi per esempio 27 &nbsp;°C equivalgono a 27+273,15 cioè circa 300 kelvin, ovvero a qualche [[zepto]]joule, o qualche centielettronvolt:
 
:<math>T = 1{,}380\,649\times10^{-23} \mathrm{\ J\,K^{-1}} \times 300{,}15 \mathrm K\approx 4{,}14 \, \mathrm {zJ}</math>
:<math>T = 8{,}617\,333\,262...\times10^{-5} \mathrm{\ eV \,K^{-1}} \times 300{,}15 \mathrm K \approx 25{,}9 \, \mathrm {meV}</math>
 
==Note==
<references/>
 
== Voci correlate ==
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* [[Zero assoluto]]
* [[Temperatura negativa]]
* [[Temperatura cinetica media]]
* [[Costante di Boltzmann]]
 
{{Controllo di autorità}}