Se calibriamo diversi tipi di termometri, ad esempio un termometro a mercurio e un termometro ad alcol, le scale di entrambi i termometri sono identiche solo a 0 ° C (o 32 ° F) e 100 ° C (o 212 ° F). Se utilizziamo entrambi i termometri per misurare la temperatura dell'aria, i valori indicati non saranno necessariamente gli stessi. Potrebbe accadere che il termometro a mercurio indichi 48 ° C, mentre quello ad alcol indichi 46 ° C. Questo perché il coefficiente di dilatazione termica del mercurio e dell'alcol è diverso. Lo stesso vale per altri tipi di termometri, come i termometri bimetallici, ecc. La scala di temperatura determinata in questo modo dipende fortemente dalle proprietà dei materiali utilizzati.
Poiché la scala di temperatura stabilita utilizzando un termometro convenzionale presenta degli svantaggi, abbiamo bisogno di un termometro standard. Un termometro standard ci permette di stabilire una scala di temperatura più precisa senza dover fare affidamento sulle proprietà di un materiale.
Un termometro quasi perfetto è il termometro a gas a volume costante . Il principio di funzionamento di un termometro a gas a volume costante è il seguente: il volume del gas viene mantenuto costante, ovvero invariato. All'aumentare della temperatura, aumenta anche la pressione del gas.
All'interno dei tubi 1 e 2 è presente del mercurio. Il volume del gas viene mantenuto costante alzando o abbassando il tubo 2 in modo che il livello del mercurio nel tubo 1 si trovi sempre al segno di riferimento. Se la temperatura aumenta, aumenta anche la pressione del gas nel tubo. Pertanto, il tubo 2 deve essere alzato ulteriormente affinché il volume del gas rimanga costante. La pressione del gas può essere determinata leggendo l'altezza della colonna di mercurio (h) nel tubo 2. Se si utilizza il metodo manuale, è sufficiente ricordare che una colonna di mercurio alta 760 mm corrisponde a 1 atm (1 atmosfera) di pressione. Nei termometri a gas a volume costante più sofisticati è già presente un contatore di pressione. Anche il contenitore del gas è progettato in modo che il volume del gas rimanga sempre costante. Quindi ciò che viene misurato è solo la variazione di pressione.
Per calibrare un termometro a gas a volume costante, possiamo misurare la pressione del gas a due temperature. Ad esempio, utilizziamo la temperatura del punto di congelamento e la temperatura del punto di vapore. I termometri a gas a volume costante vengono calibrati a una pressione di 1 atm. I passaggi per calibrare un termometro sono i seguenti.
Innanzitutto, la bombola del gas viene inserita in un contenitore con ghiaccio e acqua. Il volume del gas viene mantenuto costante, quindi il tubo 2 deve essere abbassato in modo che il livello del mercurio nel tubo 1 rimanga al punto di riferimento. Se il volume del gas non è cambiato, registrare l'altezza della colonna di mercurio (h) nel tubo 2. Utilizzare h per calcolare la pressione. Se si utilizza un termometro a gas a volume costante più sofisticato, la bombola contenente il gas viene immersa direttamente nel contenitore con ghiaccio e acqua. È già presente un manometro. Registrare la pressione del gas (diciamo che questa è la pressione 1 o P1 ).
In secondo luogo, Una bombola di gas viene inserita in un contenitore con acqua riscaldata. Per mantenere costante il volume del gas, il tubo 2 viene sollevato in modo che il livello del mercurio nel tubo 1 rimanga al punto di riferimento. Se il volume del gas rimane invariato, registrare l'altezza della colonna d'acqua. 
mercurio (h) nel tubo 2. Usa h per calcolare la pressione del gas (diciamo che questa è la pressione 2 o P2)
In terzo luogo , create un grafico che illustri la relazione tra pressione e temperatura. Vedere l'esempio qui sotto.
P1 è la pressione del gas alla temperatura del punto di congelamento (0 ° C ) e P2 è la pressione del gas alla temperatura del punto di vapore (100 ° C). Tracciamo una linea che colleghi il punto di intersezione di P1 con 0 ° C e il punto di intersezione di P2 con 100 ° C. Consultando il grafico, anche conoscendo solo la pressione del gas, è possibile determinare e persino prevedere facilmente la temperatura.
scala Kelvin
Se la linea obliqua sul grafico sopra viene tracciata in modo da intersecare l'asse T o C, allora quando la pressione del gas = 0, la temperatura del gas = -273,15 ° C. Forse pensiamo che la temperatura del gas a pressione zero vari a seconda del tipo di gas nel tubo del termometro a volume costante. In base agli esperimenti, anche se il tipo di gas è diverso, quando la pressione del gas diventa zero, la temperatura è sempre -273,15 ° C. Pertanto, possiamo usare questa temperatura come scala di temperatura standard (nota anche come temperatura dello zero assoluto). Questa temperatura dello zero assoluto è nota come scala assoluta o scala Kelvin. Kelvin è il nome del defunto Lord Kelvin (1824-1907), un ex fisico britannico.
Su questa scala, la temperatura è espressa in Kelvin (K), non in gradi Kelvin (oK). L'intervallo tra i gradi è lo stesso della scala Celsius, ma il valore zero è spostato a 0 K. Quindi 0 K = -273,15 oC e 273,15 K = 0 oC. La temperatura in gradi Celsius può essere convertita in gradi Kelvin aggiungendo 273,15. Allo stesso modo, la temperatura in gradi Kelvin può essere convertita in gradi Celsius sottraendo 273,15.
T (K) = T (oC) + 273,15
T (oC) = T (K) – 273,15
Esempio di domanda 1.40 oC = …. K
T(K) = T(C) + 273
T = 20 + 273
T = 293K
Esempio di domanda 2. 80 ° F = …. K
