Conversione delle unità di temperatura

Che cos'e la temperatura?

La temperatura e una grandezza direttamente legata all'energia cinetica (di movimento) media degli atomi e delle molecole che compongono una materia. Quanto più velocemente si muovono le particelle, tanto più 'calda' e considerata la materia.

La temperatura e una delle sette grandezze di base del Sistema Internazionale di Unità e, come temperatura termodinamica, e rappresentata dal simbolo Θ (theta). A differenza di molte altre grandezze (come la lunghezza o la massa), non e una grandezza direttamente additiva -- mettere a contatto due corpi non somma le loro temperature, ma li porta verso un equilibrio.

L'unità SI della temperatura: il kelvin

Il kelvin e l'unità di base del SI per la temperatura ed e rappresentato dal simbolo K (senza il simbolo di grado, si scrive semplicemente 'K'). La scala Kelvin prende lo zero assoluto (la temperatura più bassa teoricamente possibile) come punto di partenza (0 K).

Dalla revisione del SI del 2019, il kelvin non e più definito a partire dal punto triplo dell'acqua, ma dal valore numerico fissato della costante di Boltzmann (k). Cio garantisce che l'unità di temperatura si basi su una costante universale e non su una sostanza di riferimento fisica.

Per maggiori informazioni sull'unità Celsius, consulta la pagina informativa di Celsius.

Perché la conversione di temperatura non e una semplice moltiplicazione?

In grandezze come la lunghezza o la massa, la conversione di unità avviene solo con un fattore moltiplicativo (ad esempio, metro-centimetro). Nella temperatura, poiche le scale Celsius, Fahrenheit e Kelvin hanno 'punti zero' diversi, la conversione richiede sia moltiplicazione che somma o sottrazione.

Ad esempio, per passare da Celsius a Fahrenheit, il valore viene prima moltiplicato per 9/5 e poi si somma 32: °F = (°C × 9/5) + 32. Per questo la temperatura e, matematicamente, l'unica grandezza fisica comune con una relazione di conversione 'affine' (lineare, ma che non passa per l'origine).

La scala Celsius

La scala Celsius fu sviluppata nel 1742 dall'astronomo svedese Anders Celsius e definisce il punto di congelamento dell'acqua a 0 °C e il suo punto di ebollizione (a una pressione di un'atmosfera) a 100 °C. E un sistema di riferimento pratico che facilita la comprensione della scala nella vita quotidiana.

Il Celsius e la scala di temperatura più usata al mondo sia nei lavori scientifici che nelle informazioni meteorologiche quotidiane della maggior parte dei paesi, inclusa l'Italia; un piccolo numero di paesi, come gli Stati Uniti, continua a preferire il Fahrenheit nell'uso quotidiano.

La scala Fahrenheit

La scala Fahrenheit fu sviluppata nel 1724 dal fisico tedesco Daniel Gabriel Fahrenheit. In questa scala, il punto di congelamento dell'acqua e 32 °F e il punto di ebollizione 212 °F -- un intervallo esatto di 180 gradi tra congelamento ed ebollizione.

Il Fahrenheit e ancora usato oggi per le misurazioni di temperatura quotidiane in un piccolo numero di paesi, principalmente gli Stati Uniti; nei lavori scientifici a livello mondiale ha in gran parte ceduto il posto al Celsius e al Kelvin.

Rankine e Reaumur: scale meno conosciute

Il Rankine e una scala di temperatura assoluta che usa unità della stessa dimensione del grado Fahrenheit, ma prende lo zero assoluto come 0 °R; il punto di congelamento dell'acqua e 491,67 °R. E preferito specialmente al Kelvin in alcuni calcoli di ingegneria termodinamica negli Stati Uniti.

La scala Reaumur fu sviluppata nel XVIII secolo dallo scienziato francese Rene Reaumur; fissa il punto di congelamento dell'acqua a 0 °Ré e quello di ebollizione a 80 °Ré. Sebbene oggi praticamente non sia usata, puo ancora essere trovata come riferimento storico in alcuni paesi europei (specialmente in alcune ricette tradizionali russe).

Che cosa significa lo zero assoluto?

Lo zero assoluto (0 kelvin, -273,15 °C, -459,67 °F) e la temperatura teorica alla quale le particelle possiedono, in senso classico, la minima energia cinetica possibile. Secondo la meccanica quantistica, le particelle non rimangono completamente immobili nemmeno allo zero assoluto (energia di punto zero), ma in senso classico non puo essere definita una temperatura più bassa.

In laboratorio sono state raggiunte temperature estremamente vicine allo zero assoluto (dell'ordine del microkelvin, persino del nanokelvin), ma secondo il terzo principio della termodinamica e impossibile raggiungere esattamente lo zero assoluto in un numero finito di passaggi.

Come si misura la temperatura?

Per misurare la temperatura si usano diverse tecnologie: termometri a mercurio o alcol, termometri digitali, termocoppie, termometri a resistenza (RTD) e termometri a infrarossi (senza contatto). Ognuno e adatto a un intervallo di temperatura e a un livello di precisione diversi.

Le termocoppie sono ampiamente usate in ambito industriale perché possono funzionare in un intervallo di temperatura molto ampio (a volte da -200 °C a +2000 °C); calcolano la temperatura a partire dalla differenza di tensione generata nella giunzione di due metalli diversi.