Temperatura: differenze tra le versioni

Essa, inoltre, può essere utilizzata per prevedere la direzione verso la quale avviene lo [[scambio termico]] tra due corpi.<ref name=DOE/> Infatti, la differenza di temperatura tra due sistemi, che sono ''in contatto termico'', determina un [[flusso]] di [[calore]] in direzione del sistema meno caldo (o più freddo), che continua finché non si sia raggiunto l'[[equilibrio termico]], in corrispondenza del quale i due sistemi hanno la stessa temperatura.<ref name=MR1>{{Cita|Morales-Rodriguez|cap. 1.}}</ref>

In seguito, la comprensione via via maggiore dei [[fenomeno fisico|fenomeni]] termici estende il concetto di temperatura e mette in luce il fatto che le [[Percezione sensoriale|percezioni]] termiche al [[tatto]] sono il risultato di una complessa serie di fattori ([[calore specifico]], [[conducibilità termica]], eccetera) che include la temperatura. Tuttavia, la corrispondenza tra le impressioni sensoriali e la temperatura è approssimativa,: infatti, in genere, al tatto, il [[materiale]] a temperatura più alta appare più caldo, peròanche se ci sono numerose eccezioni. Un oggetto d'[[argento]], per esempio, appare più freddo (o più caldo) di un oggetto di [[plastica]] alla stessa temperatura, se tale temperatura è minore (o maggiore) della temperatura del corpo umano per la diversa conduttività termica che fa si che siano diverse le velocità con cui viene sottratto calore dalla superficie della cute. Ovviamente, il materiale come l'argento, che è più conduttore del calore, sembra più freddo perché raffredda più rapidamente la cute.

Ciò è dovuto al fatto che il nostro cervello percepisce la temperatura in corrispondenza delle terminazioni nervose, il che implica che ad innescare la percezione di caldo/freddo è la variazione di temperatura della parte del nostro corpo in contatto con il materiale, non la temperatura del materiale. Per tale motivo, l'argento è recepito come "più caldo" rispetto ad un oggetto di plastica alla stessa temperatura se tale temperatura è maggiore della temperatura del corpo umano, poiché l'argento, essendo un ottimo conduttore termico, scambia calore più velocemente rispetto alla plastica, scaldando la pelle più velocemente. Per lo stesso motivo, l'argento è recepito come "più freddo" rispetto ad un oggetto di plastica alla stessa temperatura se tale temperatura è inferiore della temperatura del corpo umano.

Quando due sistemi si trovano in [[Principio zero della termodinamica|equilibrio termico]], non avviene nessun trasferimento di energia e si dice che sono alla stessa temperatura. Quando esiste una [[Gradiente di temperatura|differenza di temperatura]], il calore tende a muoversi dal sistema che viene detto a temperatura più alta verso il sistema che diremo a temperatura più bassa, fino al raggiungimento dell'equilibrio termico.

La temperatura ''non è'' una [[misurazione|misura]] della quantità di [[energia termica]] o [[calore]] di un sistema,: perònon ha senso chiedersi quanto calore possieda un corpo; è, però, ad essa correlata. Pur con notevoli eccezioni, se ad un sistema viene fornito calore, la sua temperatura aumenta, mentre, se gli viene sottratto calore, la sua temperatura diminuisce; in altre parole, un aumento di temperatura del sistema corrisponde a un assorbimento di calore da parte del sistema, mentre un abbassamento di temperatura del sistema corrisponde a una cessione di calore da parte del sistema.

Su [[scala microscopica]], nei casi più semplici, la temperatura di un sistema è legata in modo diretto al movimento casuale dei suoi [[atomo|atomi]] e delle sue [[molecola|molecole]], cioè un incremento di temperatura corrisponde a un incremento del movimento degli atomi. Per questo, la temperatura viene anche definita come l'indice dello ''stato di agitazione molecolare del sistema'' (inoltre l'[[Entropia (termodinamica)|entropia]] viene definita come ''lo stato di disordine molecolare''). Ci sono casi in cui è possibile fornire o sottrarre calore senza variazione della temperatura, poiché il calore fornito o sottratto può essere causa della variazione di qualche altra [[proprietà termodinamica]] del sistema ([[pressione]], [[volume]], etc.), oppure può essere implicata in fenomeni di [[transizione di fase]] (come i passaggi di stato), descritti termodinamicamente in termini di [[calore latente]]. Analogamente, è possibile aumentare o diminuire la temperatura di un sistema senza fornire o sottrarre calore.

La temperatura è una [[grandezza fisica scalare]] ed è ''intrinsecamente'' una [[Proprietà intensive ed estensive|proprietà intensiva]] di un sistema. Essa, infatti, non dipende dalle [[dimensioni]] del sistema o dalla sua quantità di materia, ma ''non'' corrisponde alla ''densità'' di nessuna [[Proprietà intensive ed estensive|proprietà estensiva]].

Sono stati sviluppati molti metodi per la [[misurazione]] della temperatura. La maggior parte di questi si basanobasa sulla misurazione di una delle [[Proprietà fisica|proprietà fisiche]] di un dato [[materiale]], che varia in [[funzione (matematica)|funzione]] della temperatura.

Nel misurare la temperatura di un materiale, occorre accertarsi che lo [[strumento di misura]] sia alla stessa temperatura del materiale.

In certe condizioni, il calore dello strumento può introdurre una variazione della temperatura,: la misura rilevata risulta quindi differente dalla temperatura del sistema. In questi casi, la temperatura misurata varia non solo con la temperatura del sistema, ma anche con le proprietà di [[Trasmissione del calore|trasferimento di calore]] del sistema. Per esempio, in presenza di un forte [[vento]], a parità di temperatura esterna, si ha un abbassamento della [[temperatura corporea]], dovuto al fatto che l'[[aria]] accelera i processi [[Evaporazione|evaporativi]] dell'[[epidermide]]. La temperatura dell'aria misurata con un termometro avvolto in una garza umida prende il nome di [[temperatura di bulbo umido]]. Essa è influenzata dall'umidità relativa del flusso: con il diminuire di questo valore, una quota crescente di calore dell'acqua all'interno della garza viene assorbito dalla porzione di acqua che evapora. Ciò causa l'abbassamento di temperatura dell'acqua rimanente. Succede di conseguenza che la temperatura di bulbo umido, in generale, risulti inferiore alla corrispondente temperatura misurata a bulbo secco (o asciutto). In questo modo, è possibile determinare con buona approssimazione l'umidità relativa di una massa d'aria conoscendo le due temperature.

Nello specifico:, il sudore si porta sulla superficie corporea da cui tenderà ad evaporare assorbendo [[calore latente]] di [[vaporizzazione]]: questo assorbimento di calore dovuto al passaggio di stato dell'acqua (sudore che evapora) comporta un abbassamento della temperatura corporea quale conseguenza del fatto che il calore viene prelevato dall'organismo; ora: essendo l'evaporazione un processo diffusivo, esso viene accelerato in rapporto al gradiente di concentrazione del vapore in aria.

Se ci troviamo in presenza di vento, il gradiente di concentrazione del vapore in prossimità dell'interfaccia pelle/aria verrà mantenuto basso grazie alla continua diluizione del fluido (aria).

Praticamente:In pratica, l'aria contiene una certa quantità di vapore, detta [[umidità relativa]], che è frazione della quantità massima di vapore contenibile (si veda [[Pressione di vapore]] a saturazione), che è a sua volta funzione esclusiva della temperatura,; il sudore, evaporando, tenderà ad aumentare la concentrazione di vapore nell'aria attigua alla superficie da cui sta evaporando (interfaccia pelle/aria).

Se non vi fosse movimento d'aria il vapore, tenderebbe a diffondersi pian piano dalla zona a più alta concentrazione (prossimità del corpo) alla zona a concentrazione più bassa (resto dell'ambiente circostante), con una velocità che diminuirebbe man mano che la concentrazione di vapore nell'aria aumenta (in concomitanza con la diminuzione progressiva del gradiente di concentrazione), il tutto seguendo una legge di diffusione [[Leggi di Fick]].

In questo caso, il processo avverrebbe con una velocità contenuta.

Nel caso, invece, in cui fosse presente del vento, questo andrebbe a diluire l'aria carica di vapore in prossimità della superficie cutanea con dell'aria a tenore di vapore più basso (quella dell'ambiente circostante), andando così a ristabilire il precedente gradiente di concentrazione accelerando il tal modo l'evaporazione.

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).

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]].

Un'altra scala relativa, usata spesso nei [[paesi anglosassoni]], è la [[scala Fahrenheit]]. Su questa scala, il [[punto di fusione]] dell'[[acqua]] corrisponde a 32 °F (attenzione a non confondere temperatura di fusione 0 °C, cioè 32 °F, con temperatura di congelamento, che comincia a 4 °C, cioè 39,2 °F); e [[Punto di ebollizione|quello di ebollizione]] a 212 °F (temperatura che rimane invariata per tutto il tempo di ebollizione, cioè cambiamento di fase).

Le unità assolute nascono nella seconda metà dell'[[XIX secolo|800]] e tengono conto del traguardo raggiunto dalla [[termodinamica]] classica rappresentato della definizione della [[temperatura assoluta]] . 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/>:

Con l'avvento a fine '800 della [[meccanica statistica]], la temperatura assoluta è stata definitivamente fatta coincidere con la energia di agitazione termica delle molecole del materiale considerato. Perciò, la temperatura può essere misurata in unità di misura energetiche (per esempio nel Sistema Internazionale, il joule), introducendo un fattore di conversione:

questo fattore di conversione (o costante dimensionale) viene chiamato [[costante di Boltzmann]] e ha le dimensioni di unità di energia/unità assoluta. Per esempio, per convertire un valore di temperatura da kelvin a joule, la costante di Boltzmann deve essere espressa in joule/kelvin, e, in questo caso, ha valore numerico 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>

Invece, se si vuole convertire un valore di temperatura da kelvin a elettronvolt, il valore è il precedente diviso per il valore della [[carica fondamentale]]<ref>{{Cita web|url=https://physics.nist.gov/cgi-bin/cuu/Value?e|titolo=CODATA Value: elementary charge|sito=physics.nist.gov|accesso=28 maggio 2019}}</ref>, quindi:

Quindi, per esempio, 27,0&nbsp;°C equivalgono a 27,0+273,15= 300,15 kelvin che equivalgono a qualche [[zepto]]joule, ovvero a qualche centielettronvolt:

{{citazione|Questa costante è spesso chiamata '''costante di Boltzmann''', sebbene, per quanto ne so, Boltzmann non l'ha mai introdotta — una situazione particolare che può essere spiegata con il fatto che Boltzmann, come risulta dalle sue esternazioni occasionali, non ha mai pensato alla possibilità di effettuare una misurazione esatta della costante.}}In effetti, [[Ludwig Boltzmann|Boltzmann]] fu il primo a mettere in relazione entropia e probabilità nel [[1877]], ma sembra che tale relazione non sia mai stata espressa con una specifica costante finché [[Max Planck|Planck]], nel [[1900]] circa, introdusse per primo ''k''_B, calcolandone il valore preciso, e dandole il nome in onore di Boltzmann.<ref name="Planck01">{{Cita pubblicazione|nome= Max |cognome= Planck |wkautore= Max Planck |titolo= Ueber das Gesetz der Energieverteilung im Normalspectrum |url= http://www.physik.uni-augsburg.de/annalen/history/historic-papers/1901_309_553-563.pdf |rivista= Annalen der Physik |anno= 1901 |volume= 309 |numero= 3 |pp= 553–63 | doi = 10.1002/andp.19013090310|bibcode = 1901AnP...309..553P }}.".</ref> Prima del [[1900]], le equazioni in cui ora è presente la costante di Boltzmann non erano scritte utilizzando l'energia delle singole molecole, ma nella [[costante universale dei gas]] e nell'[[energia interna]] del sistema.

Per quanto detto, il valore assoluto della temperatura non è misurabile direttamente, perché rappresenta solo un livello (''grado'') su una scala. È possibile scegliere delle "temperature di riferimento", o "punti fissi", basandoci su fenomeni che avvengono a temperatura costante, come la fusione o l'ebollizione (cambiamenti di stato) dell'acqua, ed esprimere la temperatura di un sistema come compresa fra due delle temperature scelte come riferimento. È chiaro che, così facendo, avremmo bisogno di un numero via via maggiore di temperature di riferimento per poter distinguere il livello termico di due sistemi molto vicini fra loro sulla scala termometrica.

Qualsiasi altro sistema che, in equilibrio termico con quella barra, risulterà in una lunghezza maggiore (minore), sarà a temperatura maggiore (minore) della temperatura di fusione dell'acqua. Inoltre, basterà confrontare la lunghezza della barra in equilibrio con due sistemi diversi per poter stabilire, senza bisogno di metterli a contatto, quale dei due è a temperatura più alta. Quindi, è possibile sfruttare la lunghezza della barra come valore numerico per indicare la temperatura di sistema. L'andamento lineare fra le differenze di temperatura di due sistemi e le differenze di lunghezza nella barra termoscopica non è una proprietà fisica del metallo, bensì una conseguenza della definizione di grado termometrico.

Si può considerare, per esempio, come sistema termodinamico di riferimento una certa quantità di gas.<ref>Per "quantità" di gas si intende il numero di [[mole|moli]] o la [[Massa (fisica)|massa]] (per esempio espressa in [[chilogrammo|chilogrammi]]).</ref> La [[legge di Boyle]] indica che la pressione p di un gas è direttamente proporzionale alla temperatura, mentre la [[Seconda legge di Gay-Lussac|legge di Gay-Lussac]] indica che la pressione è direttamente proporzionale alla densità di numero. Questo può essere espresso dalla [[legge dei gas ideali]] come:

La seconda legge della termodinamica può essere vista in termini di probabilità: si consideri una serie di lanci di una moneta; in un sistema perfettamente ordinato, il risultato di tutti i lanci sarà sempre testa o sempre croce. Per ogni numero di lanci, esiste solo una combinazione in cui il risultato corrisponde a questa situazione. D'altra parte, esistono numerose combinazioni risultanti in un sistema disordinato, dove una parte dei risultati è testa e un'altra croce. All'aumentare del numero di lanci, aumenta il numero di combinazioni corrispondenti a sistemi non perfettamente ordinati. Per un numero abbastanza elevato di lanci, è preponderante il numero di combinazioni corrispondenti a circa 50% di teste e circa 50% di croci e ottenere un risultato significativamente differente da 50-50 diventa improbabile. Allo stesso modo i sistemi termodinamici progrediscono naturalmente verso uno stato di massimo ''disordine'', ovvero massima entropia.

Abbiamo stabilito precedentemente che la temperatura di due sistemi controlla il flusso di calore tra di loro e abbiamo appena mostrato che l'universo - e ci aspetteremmo qualsiasi sistema naturale - tende ad avanzare verso lo stato di massima entropia. Quindi, ci aspetteremmo che esista un qualche tipo di relazione tra temperatura ed entropia. Allo scopo di trovare questa relazione, consideriamo innanzitutto la relazione tra calore, lavoro e temperatura.

La temperatura è legata alla quantità di energia termica posseduta dal sistema., Trannetranne che nei passaggi di stato, quando a un sistema viene fornito calore la sua temperatura aumenta proporzionalmente a quella quantità di calore. La costante di proporzionalità viene detta [[capacità termica]] e corrisponde alla 'capacità' del materiale di immagazzinare calore.

Il calore è conservato in diversi modi, corrispondenti ai vari [[Stato quantico|stati quantici]] accessibili dal sistema. Con l'aumento della temperatura, più stati quantici diventano accessibili, risultando in un incremento della capacità calorica. Per un gas monoatomico a bassa temperatura, gli unici modi accessibili corrispondono al movimento [[Traslazione (geometria)|traslazionale]] degli atomi, così tutta l'energia è dovuta al movimento degli atomi.<ref>In realtà, un piccolo quantitativo di energia, chiamato [[energia di punto zero]] sorge a causa del confinamento del gas in un volume fisso; questa energia è presente anche in prossimità di 0 K. Poiché l'energia cinetica è legata al movimento degli atomi, 0 K corrisponde al punto in cui tutti gli atomi sono ipoteticamente fermi. Per un tale sistema, una temperatura inferiore a 0 K non è verosimile, in quanto non è possibile per gli atomi essere "più che fermi". (la temperatura è proporzionale all'energia cinetica degli atomi, che essendo proporzionale al modulo della velocità, oltretutto elevata al quadrato, no può essere negativa.</ref>

Ad alte temperature, diventa possibile la transizione degli elettroni, che incrementa la capacità calorica. Per molti materiali, queste transizioni non sono importanti sotto i 10⁴ K, mentre invece, per alcune molecole comuni, le transizioni sono importanti anche a temperatura ambiente. A temperature estremamente alte (>10⁸ K), possono intervenire fenomeni di transizione nucleare. In aggiunta alle modalità traslazionali, elettroniche e nucleari, le molecole poliatomiche possiedono modalità associate con la rotazione e le vibrazioni lungo i legami chimici molecolari, che sono accessibili anche a basse temperature. Nei solidi, la maggior parte del calore immagazzinato corrisponde alla vibrazione atomica.

Come detto sopra, per un gas monoatomico ideale, la temperatura è legata al moto traslazionale o alla velocità media degli atomi. La [[teoria cinetica dei gas]] fa uso della [[meccanica statistica]] per correlare questo movimento all'energia cinetica media degli atomi e delle molecole del sistema.

In particolare, per un [[gas monoatomico]] ideale, l'[[energia interna]] è pari ai 3/2 della temperatura (assoluta, in unità energetiche):

Quindi, un gas ha un'energia interna di circa 1 eV a una temperatura di circa 666 meV cioè a circa 7736 K, mentre, a temperatura ambiente (circa 298 K), l'energia media delle molecole d'aria è pari a circa 38,5 meV. Questa energia media è indipendente dalla massa delle particelle. Benché la temperatura sia legata all'energia cinetica ''media'' delle particelle di un gas, ogni particella ha la sua energia, che potrebbe non corrispondere alla media. In un gas in equilibrio termodinamico la distribuzione dell'energia (e quindi delle velocità) delle particelle corrisponde alla [[distribuzione di Maxwell]].

Non esiste un limite superiore per i valori di temperatura. In termini di [[meccanica statistica]], l'aumento di temperatura corrisponde ad un aumento dell'occupazione degli stati microscopici a energie via via più alte rispetto allo stato fondamentale. Formalmente, la temperatura infinita corrisponde a uno stato del sistema macroscopico in cui tutti gli stati microscopici possibili sono ugualmente probabili (o, in altri termini, sono occupati con uguale frequenza).

La [[temperatura di Planck]] costituisce l'[[unità di misura di Planck]] (o [[Unità naturali|unità di misura naturale]]) per la temperatura.<ref>{{Citazione necessaria|anche se alcuni fisici non riconoscono la temperatura come dimensione fondamentale di una quantità fisica poiché essa esprime semplicemente l'energia per numero di gradi di libertà di una particella, la quale può essere espressa in termini di energia.}}</ref> Come molti ''valori di Planck'', essa rappresenta l'ordine di grandezza in cui effetti quantistici e gravitazionali ("general-relativistici") non possono più essere trascurati gli uni rispetto agli altri, dunque individua la regione al limite della nostra capacità di descrizione attuale (visto che non abbiamo ancora una teoria coerente della gravità quantistica). Il fatto che corrisponda a un valore straordinariamente alto (1.415 × 10³² [[kelvin|K]]), e che quindi probabilmente è stata raggiunta solo dall'universo in una precocissima fase immediatamente successiva (circa 10⁻⁴³ secondi) al [[Big Bang]], non costituisce un vincolo teorico sui valori fisicamente ammissibili per la temperatura.

L'esistenza di un limite superiore per la velocità degli oggetti non pone in ogni caso un limite superiore per la temperatura, per il semplice motivo che l'energia cinetica di un corpo relativistico non è data dalla formula newtoniana che cresce quadraticamente, ma da una formula più complessa che dà valore infinito quando la velocità si avvicina a quella della luce nel vuoto. Dato che la temperatura è proporzionale all'energia cinetica (per i sistemi di particelle libere), la temperatura comunque diverge all'avvicinarsi della velocità media a c.

Come detto, a temperatura infinita, il numero di particelle negli stati di energia bassi e negli stati di energia alti diventa uguale. In alcune situazioni, è possibile creare un [[sistema (fisica)|sistema]] in cui ci sono più particelle negli stati alti che in quelli bassi. Questa situazione può essere descritta con una "[[temperatura negativa]]".

Precedentemente, abbiamo visto come il [[calore]] viene conservato nei vari stati [[traslazione (geometria)|traslazionali]], [[vibrazione|vibrazionali]], [[rotazione|rotazionali]], elettronici e nucleari di un sistema. La temperatura macroscopica di un sistema è correlata al calore totale conservato in tutti questi modi, e in un normale sistema termico l'energia viene costantemente scambiata tra i vari modi. In alcuni casi, però, è possibile isolare uno o più di questi modi.

In pratica, i modi isolati continuano a scambiare energia con gli altri, ma la scala temporale di questi scambi è molto più lenta di quella degli scambi all'interno del modo isolato. Un esempio è il caso dello spin nucleare in un forte [[campo magnetico]] esterno. In questo caso, l'energia scorre abbastanza rapidamente tra gli stati di spin degli atomi interagenti, ma il trasferimento di energia verso gli altri modi è relativamente lento. Siccome il trasferimento di energia è predominante all'interno del sistema di spin, in genere si considera una temperatura di spin distinta dalla temperatura dovuta alle altre modalità.

Basandoci sull'[[equazione]] (7), possiamo dire che una temperatura positiva corrisponde alla condizione in cui l'[[Entropia (termodinamica)|entropia]] incrementa mentre l'energia termica viene introdotta nel sistema. Questa è la condizione normale del mondo macroscopico, ed è sempre il caso per le modalità traslazionale, vibrazionale, rotazionale, e per quelle elettroniche e nucleari non legate allo spin. La ragione di questo è che esiste un infinito numero di queste modalità e aggiungere calore al sistema incrementa le modalità energeticamente accessibili, e di conseguenza l'entropia. Ma, nel caso dei sistemi di [[spin]] elettronico e nucleare, ci sono solo un numero finito di modalità disponibili (spesso solo 2, corrispondenti allo ''spin-up'' e allo ''spin-down''). In assenza di un campo magnetico, questi stati di spin sono ''degeneri'', ovvero corrispondono alla stessa energia. Quando un campo magnetico esterno viene applicato, i livelli di energia vengono separati, in quanto gli stati di spin che sono allineati al campo magnetico hanno un'energia differente da quelli anti-paralleli a esso.

Molte proprietà dei materiali, tra cui gli [[Stato della materia|stati]] ([[solido]], [[liquido]], [[gas]]soso o [[Plasma (fisica)|plasma]]), la [[densità]], la [[solubilità]], la [[pressione di vapore]], e la [[conducibilità elettrica]], dipendono dalla temperatura. La temperatura gioca anche un ruolo importante nel determinare la [[reazione chimica#Attivazione e velocità di reazione|velocità]] con cui avvengono le [[reazione chimica|reazioni chimiche]].