Cos’è la temperatura assoluta?

La temperatura assoluta è la temperatura misurata in termini di una scala assoluta, come la scala Kelvin e la scala Rankine. Questo significa che è una scala che parte da zero (non ammette valori negativi), nel quale valore si intende che vi è assenza di temperatura. In altre parole, per temperatura assoluta si intende la temperatura che inizia a essere misurata dallo zero assoluto, che è la temperatura più bassa raggiungibile secondo le leggi della fisica.

Cos’è la temperatura?

La temperatura può essere definita in diversi modi. Da un lato, è una proprietà della materia che consente di determinare quando due corpi sono in equilibrio termico tra loro. Definendolo in questo modo è possibile stabilire una scala relativa di temperatura, poiché ciò che conta è quale sia la temperatura di un corpo o di un sistema rispetto all’altro. Questa è l’idea che ha permesso lo sviluppo di scale di temperatura comuni, vale a dire la scala Celsius o Centigradi e la scala Fahrenheit.

D’altra parte, la temperatura è anche una misura dell’agitazione termica delle particelle che compongono un sistema. Infatti, secondo il modello cinetico-molecolare dei gas, la temperatura è una misura diretta dell’energia cinetica traslazionale media degli atomi e delle molecole che compongono un gas.

Impostazione della scala di temperatura assoluta

La temperatura assoluta è stata inizialmente determinata studiando il comportamento dei gas. Ad esempio, il Lay di Charles e Gay Lussac afferma che esiste una relazione proporzionale diretta tra la temperatura e il volume di un gas ideale, come espresso dalla seguente equazione:

dove K è una costante di proporzionalità. Questa equazione ha la forma di una funzione lineare crescente con pendenza K. Si osserva sperimentalmente che la pendenza aumenta con il numero di moli di gas, e diminuisce con la pressione, come schematizzato nell’immagine seguente.

Estrapolando questi grafici della temperatura relativa (in Celsius o in Fahrenheit ) rispetto al volume per diverse pressioni iniziali e per diverse quantità iniziali di gas, si può vedere che tutte le linee intersecano l’asse della temperatura nello stesso punto, indipendentemente dal valore di la discesa. Questo punto rappresenta lo zero assoluto, cioè il punto iniziale della temperatura assoluta e corrisponde a un valore di -273,15 °C o -459,67 °F.

Più in generale, la temperatura può essere associata all’equazione di stato dei gas ideali, ovvero:

dove T è la temperatura assoluta, P, V e n sono la pressione, il volume e il numero di moli e R è la costante dei gas ideali. Questa legge ci permette di misurare la temperatura assoluta in diversi modi attraverso l’uso di un termometro a gas.

Scale di temperatura assoluta

Indipendentemente dalle unità in cui è espressa la temperatura assoluta, tutte le scale iniziano dallo stesso punto, cioè dallo zero assoluto. Questa temperatura non è espressa in alcuna unità poiché le unità sono irrilevanti quando si esprime l’assenza di una proprietà fisica. Cioè, la temperatura allo zero assoluto è 0 (non 0K o 0°R). Questo vale per qualsiasi grandezza fisica assoluta, ad esempio, sarebbe lo stesso dire che il volume di un liquido è zero per dire che è zero litri, o zero metri cubi o zero miglia cubi, quindi si preferisce zero .

Per tutte le altre temperature diventa necessario esprimerle in opportune unità. Esistono due scale assolute di temperatura di uso comune:

• La scala Kelvin.
• Scala Rankine.

La scala Kelvin della temperatura

Dobbiamo questa scala a Lord Kelvin, precedentemente noto come William Thomson, che, nel 1848, progettò un termometro in grado di misurare la temperatura assoluta indipendentemente dal gas di cui era composto. Questa scala (chiamata scala termodinamica della temperatura, ma successivamente ribattezzata in onore di Lord Kelvin) si è rivelata identica alla scala sviluppata per estrapolazione dalle curve PT o VT.

La caratteristica principale di questa scala è che la dimensione dell’unità (il kelvin o K) è esattamente la stessa della scala Celsius. In effetti, la scala della temperatura Kelvin non è altro che la scala Celsius spostata di 273,15 unità verso destra. Il rapporto tra la scala Kelvin e la scala centigrada è quindi:

La scala Kelvin è di gran lunga la scala di temperatura assoluta più utilizzata nella scienza e nell’ingegneria.

Scala di temperatura Rankine

Questa è la scala della temperatura assoluta che ha una dimensione in gradi pari a un grado Fahrenheit. Lo zero di questa scala è equivalente a -459,67 °F, quindi rappresenta la stessa scala Fahrenheit tradotta 459,67 unità a destra. Cioè, la scala Rankine è correlata alla scala Fahrenheit attraverso la seguente equazione:

Relazione tra la scala Kelvin e la scala Rankine

Poiché sia ​​la scala Rankine che la scala Kelvin sono scale di temperatura assolute, entrambe iniziano nello stesso punto, quindi l’unica differenza tra le due è la dimensione del grado. Il rapporto tra le due scale è quindi lo stesso rapporto tra la grandezza di un grado Celsius e un grado Fahrenheit. Poiché 1 °C è uguale a 9/5 o 1,8 °F, allora il rapporto tra °R e K è:

Riferimenti

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