Articolo sui termometri e le scale di temperatura
1. Termometri
Lo strumento progettato per misurare la temperatura è il termometro. Esistono molti tipi di termometri, ma il principio di funzionamento è lo stesso. Solitamente, si utilizzano oggetti termometrici, ovvero materiali che si modificano con la temperatura. Se la temperatura di un oggetto cambia, anche la sua forma e le sue dimensioni cambiano. La maggior parte dei termometri utilizza oggetti che si espandono o si contraggono al variare della temperatura. I termometri più comuni sono costituiti da tubi di vetro contenenti alcol o mercurio al centro. Quando la temperatura aumenta, l'alcol o il mercurio nel contenitore si espande, allungando la colonna di alcol o mercurio. Al contrario, quando la temperatura diminuisce, la colonna di alcol o mercurio si allunga. Sulla superficie esterna del tubo di vetro sono presenti dei numeri che costituiscono la scala del termometro. Il numero indicato all'estremità superiore della colonna di alcol o mercurio indica il valore della temperatura dell'oggetto misurato.
Altri tipi di termometri comunemente utilizzati sono quelli che impiegano lamine bimetalliche (due metalli di diverso tipo e con diversa velocità di dilatazione termica). Quando la temperatura aumenta, un metallo subisce una dilatazione maggiore rispetto all'altro. Di conseguenza, le lamine si incurvano. Solitamente, una lamina bimetallica ha una forma a spirale, in cui un'estremità rimane fissa, mentre l'altra è collegata all'indicatore di temperatura. Quando la temperatura cambia, l'indicatore ruota. I termometri che utilizzano lamine bimetalliche sono tipicamente impiegati come termometri per l'aria, termometri per ambienti, termometri per forni, ecc. Un termometro più accurato o preciso spesso sfrutta le proprietà elettriche di un oggetto.
2. Calibrazione del termometro
La calibrazione del termometro è il processo di taratura di un termometro. Ecco alcuni passaggi per calibrare il termometro. Innanzitutto, preparare un termometro a mercurio o ad alcool senza scala graduata. In secondo luogo, preparare del ghiaccio. In terzo luogo, preparare dell'acqua. In quarto luogo, preparare uno scaldabagno che possa essere utilizzato per portare l'acqua a ebollizione. In quinto luogo, mettere il ghiaccio e l'acqua in un contenitore (l'acqua e il ghiaccio hanno la stessa massa). Dopodiché, immergere il termometro nel contenitore contenente acqua e ghiaccio.
Inizialmente, il termometro a contatto con l'aria si riscalda più del ghiaccio. Dopo essere stato inserito in un contenitore, la lunghezza della colonna di mercurio si riduce perché la miscela di acqua e ghiaccio raffredda maggiormente. Lasciare che la lunghezza della colonna di mercurio si stabilizzi (la superficie del mercurio non si muove). Quando la lunghezza della colonna di mercurio non cambia, la miscela di cubetti di ghiaccio e acqua è in equilibrio termico. Segnare la posizione della colonna di mercurio (segnare l'estremità superiore della colonna di mercurio). Questa è la temperatura del punto di congelamento dell'acqua. Sesto, far bollire dell'acqua usando un fornello elettrico. Inserire il termometro in un contenitore contenente acqua riscaldata. Quando l'acqua si riscalda o la temperatura dell'acqua aumenta, anche la lunghezza della colonna di mercurio aumenta (la superficie del mercurio si sposta verso l'alto). Dopo che l'acqua bolle, la superficie del mercurio smette di muoversi. Segnare l'estremità della colonna di mercurio. Questa è la temperatura del punto di ebollizione dell'acqua o del punto di vapore.
Se si desidera creare una scala Celsius, la distanza tra i due segni viene divisa in 100 linee, dove la distanza tra ogni linea deve essere la stessa. Il segno inferiore = 0 ° C, mentre il segno superiore = 100 ° C. Vedere la figura a lato. La temperatura del punto di congelamento e la temperatura del punto di ebollizione dipendono dalla pressione atmosferica. Pertanto, un termometro calibrato in un luogo con una pressione atmosferica diversa darà risultati diversi. I termometri a mercurio comunemente usati sono calibrati a una pressione atmosferica in modo che la temperatura del punto di congelamento dell'acqua sia 0 ° C e la temperatura del punto di ebollizione sia 100 ° C. I termometri tradizionali, come i termometri a mercurio o ad alcool, hanno generalmente delle limitazioni. Non possono essere utilizzati per misurare temperature molto basse (inferiori a 0 ° C) o temperature molto alte (superiori a 100 ° C).
3. Scale di temperatura
Per utilizzare un termometro per misurare la temperatura, è necessario impostare una scala di temperatura. Spesso si utilizzano due scale di temperatura: la scala Celsius e la scala Fahrenheit. Un altro nome per la scala Celsius è scala centigrada. Centigrado = cento gradi. La scala di temperatura fondamentale in ambito scientifico è la scala assoluta o scala Kelvin. La scala Kelvin verrà trattata in seguito. I punti fissi della scala Celsius e della scala Fahrenheit utilizzano il punto di congelamento e il punto di ebollizione dell'acqua. Il punto di congelamento di una sostanza è la temperatura alla quale le forme solida e liquida sono in equilibrio termico. Viceversa, il punto di ebollizione di una sostanza è la temperatura alla quale le forme liquida e gassosa sono in equilibrio termico. Il punto di congelamento e il punto di ebollizione variano costantemente con la pressione atmosferica, quindi è necessario determinare prima quest'ultima. Solitamente si utilizza la pressione standard, che è pari a 1 atm (un'atmosfera). L'atmosfera è un'unità di pressione atmosferica.
3.1 Scala Celsius
Il punto fisso sopra la scala Celsius utilizza il punto di ebollizione dell'acqua pura, mentre il punto fisso sotto la scala Celsius utilizza il punto di congelamento dell'acqua pura. La temperatura di congelamento dell'acqua pura (nota anche come punto di ghiaccio) è zero gradi Celsius (0 oC) e la temperatura del punto di ebollizione dell'acqua pura (nota anche come punto di vapore) è di cento gradi Celsius (100 oC). Tra il punto di fusione del ghiaccio e il punto di ebollizione ci sono 100 gradi. Nei termometri che utilizzano la scala Celsius, una temperatura inferiore al punto di fusione del ghiaccio è in genere indicata con un numero negativo.
3.2 Scala Fahrenheit
Fahrenheit voleva che le scale di temperatura fossero positive. Pertanto, scelse 0 ° F per la temperatura della miscela di ghiaccio e acqua salata (la temperatura più bassa che l'acqua può raggiungere). Quando misurava la temperatura del punto di congelamento e del punto di ebollizione, i numeri mostrati sulla scala Fahrenheit erano frazioni. Infine, modificò nuovamente la scala in modo che la temperatura del punto di congelamento e del punto di ebollizione fossero numeri interi.
Per la scala Fahrenheit, la temperatura di congelamento dell'acqua pura (punto di ghiaccio) è di 32 gradi Fahrenheit (32 oF) e la temperatura di ebollizione dell'acqua pura (punto di vapore) è di 212 gradi Fahrenheit (212 oF). Tra il punto di fusione del ghiaccio e il punto di ebollizione ci sono 180 gradi. L'acqua pura è acqua non mescolata con altre sostanze. H puro20. Quando diciamo una certa temperatura, la chiamiamo Celsius (oC) o Fahrenheit (oF). Esempio: temperatura dell'acqua calda = 100 oC o 180 oF. La mia temperatura corporea = 98 oF. Viceversa, se parliamo di variazione di temperatura o differenza di temperatura, allora la chiamiamo grado Celsius (Co) o gradi Fahrenheit (Fo). Esempio: la temperatura iniziale dell'acqua è 20 oC. Una volta riscaldato, la temperatura cambia a 50 oC. Pertanto, l'acqua subisce una variazione di temperatura di 30 gradi Celsius (30 °C)o).
