La temperatura
Questa volta sembra facile.
Almeno finché se ne parla tra di noi, la temperatura non è un problema.
Siamo abituati fin dalla nascita ad usare il grado Celsius, talvolta definito “grado centigrado” anche se il termine è considerato obsoleto dal 1948.
In questo XXI secolo, però, la diffusione di Internet ha portato parecchi di noi su siti stranieri; e ogni volta che arriviamo negli Stati Uniti… eccoci a fare i conti con il terribile… grado Fahrenheit.
Come se non bastasse, nessuno dei due è riconosciuto dall’attuale Sistema Internazionale; quindi, se finiamo su un sito scientifico, dobbiamo litigare con i kelvin (che quasi tutti continuano a chiamare “gradi Kelvin“, suscitando le ire del mio ex-professore di Fisica).
Le tre scale non hanno lo scopo di farci impazzire con i calcoli. Ciascuna ha un suo perché, anzi, ognuno dei tre scienziati ha cercato di ottenere la massima semplificazione possibile, dal suo punto di vista.
Prima di loro, c’erano già altri riferimenti per misurare le temperature, ma si tratta di scale ormai dimenticate che non tratteremo in questo articolo.
Il grado Fahrenheit
In ordine cronologico iniziamo da Gabriel Fahrenheit, nel 1729, in un’epoca in cui la Chimica si era appena evoluta dall’Alchimia.
Proprio dagli alchimisti era ben conosciuta una sostanza dalle proprietà refrigeranti: il cloruro di ammonio.
Il geniale scienziato ebbe l’idea di applicare tale caratteristica ad una sua scoperta; si era infatti accorto che l’acqua gelava a temperature diverse secondo la sua salinità.
Voglio ricordare che non parliamo di un ciarlatano qualsiasi: all’epoca, aveva già inventato il termometro ad alcool e quello a mercurio, utilizzati ancora oggi perfino nei nostri acquari.
Cominciò quindi ad armeggiare con acqua, sale, ghiaccio e cloruro di ammonio, ottenendo una miscela che congelava ad un valore molto basso (oggi diremmo a -17,78 °C).
In base alle modeste conoscenze scientifiche dell’epoca, quella sembrò la temperatura più bassa che si potesse raggiungere, così venne fissata come riferimento per lo zero.
Lo scopo di tale ricerca era semplicissimo: eliminare il segno “meno” (-), ottenendo una scala formata solo da valori positivi.
In seguito, Fahrenheit si accorse di una curiosa coincidenza matematica.
Altri due valori, che voleva usare come riferimenti, erano esattamente in rapporto di 3 a 1, rispetto allo zero già fissato:
- a 32 °F, avveniva il congelamento dell’acqua dolce, a livello del mare;
- a 96 °F, si trovava la tempertura del corpo umano.
Sembrò quasi un segno divino. Tutta la scala venne calibrata su tali riferimenti, portando l’acqua bollente al valore 212 °F, 180 più del ghiaccio fondente (32).
Dopo la morte di Fahrenheit, avvenuta nel 1736, il perfezionamento degli strumenti consentì di scoprire un piccolo errore.
La temperatura del corpo umano, infatti, non corrisponde a 96 °F, ma a 98.6.
Qualora dovessimo convertire una temperatura, da Fahrenheit a Celsius, riportiamo una formula…
°C = (°F − 32) x 9/5
…che come vedremo più avanti, non ci servirà!
Il grado Celsius
Successivamente, nel 1742, il fisico svedese Anders Celsius presentò una nuova scala.
Vivendo in un paese nordico, era consapevole che la scala Fahrenheit non poteva produrre solo valori positivi, come era nelle intenzioni del suo ideatore.
Era piuttosto facile andare sotto quello zero, per chi abitava in Svezia.
Il suo punto di partenza fu l’acqua bollente, che impostò come zero (No!… Non mi sono sbagliato!..).
Ridusse poi la temperatura fino ad ottenere il congelamento, che prese come riferimento a 100 gradi.
In altre parole, la scala Celsius originale prevedeva che il valore aumentasse… quanto più faceva freddo.
All’epoca, lo scienziato era già affetto da tubercolosi, di cui morì due anni più tardi.
Nel 1747, 3 anni dopo la sua morte, la scala Celsius venne riconosciuta ufficialmente in quasi tutta l’Europa, ma per praticità venne… capovolta, diventando quella che tutti conosciamo ancora oggi.
Per molto tempo, il grado Celsius venne chiamato “grado centigrado”, tant’è che ancora oggi si trova la C minuscola in alcune vecchie pubblicazioni: 20 °c, invece di 20 °C.
Non si tratta di un errore di battitura: quella “c” sta per “centigradi”, non per “Celsius”.
La preposta Commisione Internazionale (CGPM) abolì quel termine nel 1948, ma molti sembrano non saperlo…
Il kelvin
So benissimo cosa state pensando, dopo aver letto il titolo del paragrafo…
– Guarda che ti sei sbagliato!…
Hai dimenticato la parola “grado” ed hai scritto “kelvin” con la minuscola…
Invece no!
Secondo il Sistema Internazionale (SI), la temperatura si misura in kelvin (con la minuscola), non in “gradi Kelvin”, e non ci va quel cerchietto caratteristico ( ° ) con cui simboleggiamo i gradi.
Ad essere pignoli, il grado non si dovrebbe usare più da nessuna parte, nemmeno per gli angoli…
Il simbolo è semplicemente la lettera K, senza cerchietti, che in questo caso è maiuscola.
Nel capitolo sulle unità di misura, più avanti, capiremo anche la differenza tra maiuscola per il simbolo e minuscola per il nome esteso.
…Ma ora non divaghiamo, e torniamo al nostro kelvin.
Questa volta non si tratta di un cognome, ma di un fiume.
Lo scienziato a cui si deve la nuova scala, proposta nel 1854, si chiamava William Thomson.
Per i suoi innumerevoli successi scientifici, fu nominato Barone nel 1892, assumendo il titolo di Lord Kelvin, proprio dal nome di quel fiume che passava vicino al suo laboratorio.
Ovviamente, l’unità di misura venne denominata “kelvin” soltanto in seguito, altrimenti è probabile che si sarebbe chiamata “thomson“.
Con questa scala si riuscì, finalmente, ad attuare l’intenzione originale di Fahrenheit, ovvero indicare tutte le temperature usando solo numeri positivi.
Thomson mise insieme le ricerche sulla termodinamica dei 150 anni precedenti, da Boyle fino a Gay-Lussac, intuendo l’esistenza di un limite minimo teorico: lo Zero assoluto.
Tale valore, secondo la scala Celsius in vigore a quell’epoca, fu calcolato a -273.15 °C.
Nel seguito, arrotonderemo a 273 per semplicità.
In sostanza, gli scienziati di quel periodo si accorsero che un gas, partito da 0 °C, quando viene riscaldato aumenta il suo volume di 1/273 del valore iniziale, per ogni grado Celsius di aumento.
Al contrario, se lo raffreddiamo, il volume si contrae nella stessa misura.
Pertanto, se anche esistesse un gas ideale, da poter raffreddare all’infinito, arrivando a -273 il suo volume si ridurrebbe a zero!… E non ci sarebbe più nulla da raffreddare.
Fu proprio quella temperaura che venne presa come riferimento zero per la scala Kelvin, mentre le suddivisioni restavano le stesse.
Pertanto, per passare da kelvin a gradi Celsius, basta semplicemente sottrarre 273; ma anche in questo caso, vedremo che non ci servirà.
Questa è l’unica scala ufficialmente riconosciuta dal Sistema Internazionale, che la impose come riferimento nel 1969.
Il suo vantaggio è proprio quello che Fahrenheit aveva invano cercato di ottenere, con le scarse conoscenze di oltre un secolo prima: in tutto l’Universo, anche negli spazi intergalattici, è impossibile trovare un valore negativo.
Per quanto la temperatura possa scendere, nessuna forza fisica può consentire di andare sotto lo Zero della scala Kelvin.
ATTENZIONE!
A differenza del tentativo di Fahrenheit, stavolta non abbiamo un limite tecnico, ma un limite fisico.
Per quanto le tecnologie possano migliorare, nei secoli a venire, lo Zero Assoluto non potrà mai essere superato. Non siamo noi, a non esserne capaci; sono le leggi della Fisica ad impedirlo.
Conversioni
Nei paragrafi precedenti, abbiamo detto che le formule di conversione non servono.
Eppure, i termometri dei nostri acquari misurano quasi sempre in gradi Celsius.
E se mi capita una scala diversa?… Che faccio?… vado su Google?…
…ESATTO!!!
In rete esistono già numerosi convertitori, ci sono perfino applicazioni gratuite per gli smartphone, ma senza darsi troppo da fare, anche il caro vecchio Google fornisce tale servizio, che non tutti conoscono.
Digitando, ad esempio, 25 c to f, guardate un po’ che cosa si ottiene:
E chi me lo fa fare… di calcolare con le formule?…
Ora provate voi, a divertirvi con le tre lettere: C, F e K.
Ricordate che il kelvin è importante, per noi acquariofili.
Vedremo il perché nel prossimo capitolo.
