Termòmetro.

Strumento mediante il quale si misura la temperatura di corpi allo stato solido, liquido o gassoso. ║ Fig. - Elemento che viene assunto come indizio o indice per valutare fenomeni sociali, economici e politici: questa protesta è il t. del malcontento generale. • Fis. - Poiché la temperatura è una grandezza intensiva, non possono essere costruiti campioni utilizzabili come unità di misura della temperatura; è necessario, pertanto, stabilire una scala di temperatura, ossia un insieme di regole che permettano di assegnare valori numerici differenti a diversi stati termici di uno stesso sistema termodinamico. Esistono due diversi tipi di scale di temperatura, denominati scale empiriche e scale termodinamiche. Una scala empirica viene determinata scegliendo una particolare sostanza (sostanza termometrica), una sua proprietà (proprietà termometrica), una relazione, possibilmente lineare, che colleghi la temperatura con la proprietà scelta, e assegnando valori numerici della temperatura corrispondente a particolari stati termodinamici della sostanza termometrica. Nelle scale empiriche vengono usualmente scelti come valori di riferimento la temperatura del ghiaccio fondente e la temperatura di ebollizione dell'acqua, a pressione normale: i differenti valori assegnati a tali punti fissi (0 e 100, 0 e 80, 32 e 212) conducono, rispettivamente, alla scala Celsius o scala centigrada, alla scala Réamur e alla scala Fahrenheit (V. FAHRENHEIT, GABRIEL DANIEL). Tali scale presentano l'inconveniente di dipendere sia dalla sostanza termometrica utilizzata, sia dalla proprietà scelta; tale inconveniente viene superato nella cosiddetta scala assoluta o scala Kelvin (V. KELVIN, WILLIAM THOMSON, LORD) o scala Rankine, nella quale si fa riferimento a un qualsiasi gas perfetto, e come proprietà viene scelta la funzione termometrica A_t = lim (pV)_t per p→0, cioè, a una data temperatura, il limite del prodotto del volume per la pressione, quando p tende a 0. La scala termodinamica, invece, si basa su una immediata conseguenza del secondo principio della termodinamica, e cioè sul fatto che, in un ciclo di Carnot, il rapporto fra le quantità di calore scambiate è indipendente dal particolare ciclo considerato e dal fluido utilizzato, e dipende solo dalle temperature alle quali avvengono gli scambi di calore; analiticamente, si ha



dove T è la temperatura termodinamica. In particolare, in una macchina termica funzionante secondo un ciclo di Carnot reversibile, in cui il fluido sia un gas perfetto, il rapporto tra i calori scambiati è pari al rapporto tra le temperature assolute delle due isoterme alle quali avvengono gli scambi:



dove θ indica la temperatura assoluta. Pertanto, fra le due scale termometriche, assoluta e termodinamica, esiste una relazione di proporzionalità diretta; ponendo, in particolare, T = θ, cioè scegliendo come costante di proporzionalità 1, è possibile misurare direttamente la temperatura termodinamica utilizzando un t. a gas perfetto. A differenza delle scale empiriche, la scala termodinamica necessita di un unico punto fisso, che viene convenzionalmente stabilito assegnando il valore T = 273,16 al punto triplo dell'acqua. Il t. a gas perfetto fa parte dei cosiddetti t. primari, t. funzionanti in base a un'equazione di stato; essi forniscono una misura diretta della temperatura, e sono pertanto utilizzati principalmente per misure di temperatura termodinamica. Da essi si distinguono i t. secondari, che danno una misura indiretta della temperatura, in quanto devono essere tarati per confronto con un t. primario; di questo tipo sono i t. correntemente utilizzati sia in campo scientifico sia in campo industriale. A causa delle difficoltà connesse alla misurazione diretta della t. termodinamica, è stata introdotta una scala empirica, detta scala internazionale, basata sulla scelta di 17 punti fissi fra 3 e 1.400 K, facilmente riproducibili con grande esattezza; mentre i punti fissi sono determinati mediante t. primari, le temperature della scala internazionale vengono rilevate mediante t. campione non necessariamente primari. Caratteristiche essenziali di un t. sono: la sensibilità, misurata dalla più piccola variazione di temperatura rilevabile; la precisione, indicata dalla differenza tra la temperatura misurata e quella effettiva; il campo di misura, ossia i valori di temperatura che il t. è in grado di rilevare. I t. possono essere classificati in base al principio di funzionamento: si parla pertanto di t. meccanici, in cui la variazione di temperatura provoca la variazione di volume di una determinata sostanza, t. elettrici, nei quali la variazione di temperatura viene convertita in tensione elettrica o in variazione di resistenza elettrica, t. a radiazione, t. acustici, t. a rumore termico, t. magnetici, t. dielettrici. ║ T. a liquido in vetro: t. meccanici costituiti da un bulbo di vetro collegato a un capillare di sezione costante, riempiti in parte con il liquido termometrico. Molto usato come liquido è il mercurio, il cui campo di misura comprende temperature fra -39,9 °C e 356,7 °C; tale scelta è giustificata sia da tali valori, sia dal coefficiente volumico di dilatazione termica piuttosto elevato, che consente una buona sensibilità. Per temperature più basse può essere utilizzato alcool clorato (fino a circa -80 °C) o pentano (fino a -200 °C). ║ T. a liquido con elemento elastico a molla: t. meccanici nei quali la dilatazione del liquido viene impedita e la variazione di temperatura è misurata rilevando la variazione di pressione. Il liquido di riempimento è generalmente il mercurio. ║ T. a tensione di vapore: t. meccanici basati sulla variazione della pressione di un liquido in equilibrio con il suo vapore saturo contenuto in un bulbo. La temperatura viene ricavata dalla tensione di vapore e dalla relazione, nota, tra la pressione e la temperatura per la sostanza in esame. Tali t. trovano applicazione in campo industriale e alle basse temperature. ║ T. a termocoppia: t. elettrici basati sui fenomeni connessi alla termoelettricità. Sono schematicamente costituiti da un circuito termoelettrico bimetallico, in cui una delle due giunzioni (giunto freddo) viene mantenuta a temperatura costante, mentre l'altra (giunto caldo) viene posta nel corpo di cui si vuole misurare la temperatura T: inserendo nel circuito un voltmetro, la tensione misurata dipende solo dalla temperatura T. ║ T. a resistenza: t. elettrici molto precisi, costituiti da un filamento conduttore, la cui variazione di resistenza, misurata mediante opportuni dispositivi (ponte di Wheatstone), risulta essere proporzionale alla variazione di temperatura. T. di questo tipo possono essere usati in un vasto campo di temperatura, hanno grande sensibilità (possono rilevare variazioni di 0,0001 °C) e si prestano per effettuare misure a distanza del corpo in esame. ║ T. a radiazione o pirometri: t. ottici utilizzati per temperature molto elevate, superiori a 1.000 K, che si basano sulla radiazione emessa dal corpo stesso. ║ T. acustici: t. che si basano sulla misurazione della velocità del suono in un gas perfetto, utilizzando tecniche interferometriche in un risonatore cilindrico. I t. acustici sono t. primari; a causa delle numerose e complesse correzioni necessarie per il loro utilizzo, la termometria acustica non ha ancora sostituito quella a gas come termometria primaria. ║ T. a rumore termico: t. basati sulla relazione esistente fra il valore quadratico medio della tensione ai capi di un bipolo metallico o semiconduttore e la temperatura termodinamica T. ║ T. magnetici: t. basati sulla misurazione della suscettività magnetica di un opportuno sale paramagnetico. Vengono impiegati per temperature molto basse, al di sotto di 1 K. ║ T. dielettrici: t. basati sulla variazione della polarizzazione elettrica di un gas in funzione della temperatura. ║ T. a massima e minima: t. utilizzati per rilevare la t. massima e minima raggiunte in un dato intervallo di tempo. Un t. a massima e minima è costituito da un tubo ripiegato a U e utilizza, come fluido termometrico, alcool; la colonna di alcool è interrotta da un tratto riempito di mercurio, su cui galleggiano due cilindretti di ferro, scorrevoli con frizione. Al variare della temperatura, l'alcool passa attraverso i cilindretti, ma non il mercurio, e la posizione raggiunta dai cilindretti indica i valori massimi e minimi raggiunti. A misurazione effettuata, i cilindretti vengono riportati in posizione, sul mercurio, mediante una piccola calamita.