La temperatura è la grandezza fisica che misuriamo con il termometro. E fin qui tutto chiaro e semplice. Il problema si pone nel momento in cui vogliamo capire cosa sia realmente la temperatura. E di conseguenza, cosa andiamo a misurare realmente con un termometro.
La temperatura può essere definita come una misura, seppur grossolana, dello stato di agitazione delle molecole che costituiscono un corpo. Tutta la materia che ci circonda, infatti, sia essa allo stato solido, liquido o gassoso, è costituita da atomi e molecole che non sono mai immobili. Essi compiono moti traslazionali, rotazionali e vibrazionali ai quali è associata una certa energia cinetica. Maggiore è la velocità con cui avvengono tali moti, maggiore sarà l'energia cinetica posseduta da atomi e molecole. La velocità media con cui si muovono le entità molecolari che costituiscono un corpo è anche detta velocità di agitazione termica o stato di agitazione termica. Pertanto, come già detto, la temperatura fornisce una stima dello stato di agitazione termica degli atomi e/o delle molecole che costituiscono un corpo. Più alta è la temperatura che misuriamo di un oggetto, maggiore sarà la velocità media con cui si agitano gli atomi e le molecole che costituiscono il corpo. Immaginiamo di avere un gas ideale monoatomico, come ad esempio i gas nobili, all'interno di un contenitore. Le molecole sono libere di muoversi in tutte le direzioni, quindi possiedono una certa quantità di energia cinetica. Allo stesso tempo, le molecole di un gas ideale non interagiscono fra loro né con le molecole che compongono le pareti del contenitore, pertanto non possiedono energia potenziale. Le molecole di un gas ideale, quindi, possiedono solo energia cinetica. Infine, ipotizzando un gas monoatomico, ossia costituito da particelle che sono atomi singoli, possiamo immaginare tali atomi come oggetti puntiformi.
Per definizione, un oggetto puntiforme può compiere moti traslazionali, ma non vibrazionali e rotazionali attorno a baricentri che non possiede. Quindi, ricapitolando, un gas ideale monoatomico possiede solo energia cinetica di tipo traslazionale. Sotto un'ipotesi di questo tipo, si può dimostrare che l'energia media traslazionale posseduta da una particella di gas monoatomico è:
(Ek) = (3/2) * Kb * T
dove
(EK) è l'energia cinetica media di una molecola, detta anche energia termica, espressa in J
Kb è la costante di Boltzmanm espressa in J/K
T è la temperatura espressa in K.
Questa legge ci dice chiaramente che l'energia cinetica media posseduta dalle particelle di un gas monoatomico dipende unicamente dalla temperatura del gas stesso. Maggiore sarà la temperatura del gas, maggiore sarà lo stato di agitazione termica delle molecole, ossia la velocità con cui si agitano. Concludiamo dicendo che questa legge si può facilmente adattare anche a gas biatomici e poliatomici, descrivendo quindi qualunque tipo di gas; inoltre è valida, concettualmente, anche per oggetti solidi e liquidi. Ti lascio con una frase di Richard Feynman:"La termodinamica è la scienza della misura del nostro grado di ignoranza riguardo ai dettagli dei moti delle particelle".
Si ringrazia il Dott. Luigi Rescigno per il supporto scientifico.
La temperatura è la grandezza fisica che misuriamo con il termometro. E fin qui tutto chiaro e semplice. Il problema si pone nel momento in cui vogliamo capire cosa sia realmente la temperatura. E di conseguenza, cosa andiamo a misurare realmente con un termometro.