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0258. Perché si può sottoporre una sostanza ad una temperatura sotto zero di massimo -270 gradi centigradi e invece questo limite non è presente nel senso opposto?


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Perché si può sottoporre una sostanza ad una temperatura sotto zero di massimo -270 gradi centigradi e invece questo limite non è presente nel senso opposto, cioè a temperature sopra lo zero? In sostanza, perchè il limite viene posto solo per temperature sotto lo zero e non anche per temperature sopra lo zero? (Giorgia Casadei) (5170,1)


sem_esperto_verdePer rispondere a questa domanda bisogna ricordarsi che la temperatura icona_glossario è una grandezza intensiva icona_glossario correlata alla energia cinetica icona_glossario (cioè del movimento) dei costituenti del corpo considerato. La temperatura è infatti un indice dalla agitazione icona_glossario termica delle molecole (atomi per i gas mono-atomici) che costituiscono la materia. Più un oggetto risulta caldo, maggiore è l'energia termica immagazzinata e maggiori sono i movimenti dei suoi costituenti. Se l'oggetto è un solido si avranno vibrazioni avanti indietro rispetto ad una posizione media, se è un gas, gli spostamenti saranno casuali in tutte le direzioni. E' allora chiaro perché non c'e un limite superiore della scala delle temperature. In teoria possiamo scaldare senza limiti un oggetto, l'agitazione al suo interno crescerà, eventualmente crescerà tanto da far passare un solido allo stato liquido e poi a quello gassoso come avviene per l'acqua a 0 gradi Celsius icona_biografia e a 100 gradi Celsius rispettivamente (*). Quando abbassiamo la temperatura di un corpo rallentiamo il moto delle sue molecole (atomi). Abbassando la temperatura di un gas la sua agitazione termica diminuisce progressivamente ed esso passa dallo stato gassoso allo stato liquido, poi - eventualmente - a quello solido. Diminuendo ancora la temperatura si rallenta sempre di più l' agitazione termica, finché raggiunti i -273,14 gradi Celsius, ogni moto si arresta. Non è quindi possibile diminuire ancora la temperatura. Questa temperatura appunto è chiamata zero assoluto. Avvicinandosi a questa temperatura la materia diventa immobile e si arrestano tutti i processi fisici e chimici in atto su di essa. In fisica classica la temperatura di - 273,14 gradi Celsius è anche la temperatura alla quale, in un gas annullerebbe il proprio volume (trascurando il “volume proprio delle molecole”) e avrebbe densità infinita, ma approssimandosi a queste condizioni limite non è più possibile trascurare gli effetti quantistici icona_glossario . Tutti gli atomi si troverebbero compressi in un volume infinitesimo ad una densità superiore a quella degli stessi buchi neri . La temperatura dello zero assoluto è quindi un limite teorico irraggiungibile in pratica. Nulla nel nostro Universo si trova allo zero assoluto. La temperatura più bassa, quella dello spazio cosmico, è di circa 3 gradi sopra lo zero assoluto. Questa radiazione - ovunque presente - è dovuta al fondo cosmico, di cui in ScienzaPerTutti si è gia, varie volte, parlato . Si tratta dell'effetto eco del Big Bang icona_fumetto icona_esperto[76] icona_esperto[19] che ha dato origine al nostro universo icona_esperto[135] icona_esperto[219] icona_esperto[229]. Nel 1847 William Thomson, noto come lord Kelvin icona_biografia, propose di utilizzare una scala per le temperature che avesse lo zero non nel punto di congelamento dell'acqua (lo zero della scala di temperatura Celsius che usiamo tutti i giorni) ma nel punto dello zero assoluto. Questa scala rende molte formule di termodinamica icona_glossario icona_esperto[171] più semplici essendo la temperatura espressa in questa nuova scala proporzionale all'agitazione termica del corpo considerato cioè all' energia immagazzinata. Il valore dell'unità di misura (grado) di temperatura nella scala assoluta proposta da Lord Kelvin è identico a quello della nostra scala Celsius: solo il punto di inizio della scala differisce di (-273,14) gradi.

(*)Cioè: temperatura in gradi Kelvin = temperatura in gradi Celsius-273,14.

Per distinguere e non fare confusione si associa il simbolo °K alle misure di temperatura espresse nella scala assoluta invece del simbolo °C proprio della scala Celsius. La temperatura di solidificazione dell'acqua di 0 °C corrisponde quindi a 273,14 °K nella scala assoluta, mentre quella di ebollizione dell'acqua di 100 °C corrisponde a 373,14 °K.

Redazione SxT/flf


 

 
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