TERMOLOGIA

TERMOLOGIA. - È il capitolo della fisica che studia sistematicamente i fenomeni nei quali ha parte preponderante il calore. Del calore tutti hanno qualche nozione legata alle sensazioni fisiologiche di caldo e di freddo, o anche di più o meno caldo, o di più o meno freddo. Con il calore così vagamente concepito si è da tempi antichi associata, e sovente anche confusa, la temperatura: errore che si verifica ancora non di rado. È però certo che tra i fisici le due nozioni di calore, o meglio di quantità di calore e di temperatura, risultavano già completamente districate dalla prima metà del sec. XVIII. Sono quindi di fondamentale importanza i criteri per la misura di quelle grandezze.

I. MISURA DELLE TEMPERATURA

È anzitutto da osservare che il carattere che differenzia drasticamente la temperatura dalle abituali grandezze della fisica, lunghezze, masse, forze, ecc., consiste in ciò che, mentre ciascuna di queste è misurabile per mezzo di un dato campione, per la misura delle temperature occorre dare tutta una scala. E appunto questo avevano praticamente fatto, oltre un secolo prima del detto chiarimento della nozione di temperatura, Galileo e poi meglio gli accademici del Cimento con le note loro costruzioni dei primi termometri.

Oggi la fisica dispone di molti criteri per la misura della temperatura, ma il criterio più semplice e ancor oggi il più usato, è quello di utilizzare la notevole maggiore dilatazione termica dei fluidi rispetto ai corpi solidi. Galileo e i suoi primi allievi usarono come fluido dilatanti l'aria, che fu poi vantaggiosamente sostituita con fluidi liquidi. I dispositivi che subito seguirono assunsero in massima la forma degli odierni termometri a mercurio. Per ridurre l'arbitrarietà della scala si convenne fin dal 1694 (Renaldini) di designare come temperatura fisse quelle del ghiaccio fondente e di ebollizione dell'acqua, tuttora in uso, dividendo l'intervallo in un certo numero di parti. Le scale dette di Reamur e di Celsius o centigrada, corrispondono rispettivamente alla divisione dell'intervallo in 80 e in 100 gradi.

Le scale così definite non rimanevano rigorosamente identiche quando si variava il liquido (mercurio, toluolo, alcool, ecc.) adoperato. Quindi si convenne che, per scopi scientifici, si dovesse sempre riferirsi alla scala del termometro a gas costruito secondo particolari norme e accurata. Questa scala fu detta assoluta e, anche per il suo particolare accordo con il punto di vista termodinamico, scala termodinamica. La sua temperatura più bassa, lo zero assoluto, corrisponde a -273 gradi del termometro centigrado; e poiché in essa l'intervallo fra le temperature del ghiaccio fondente e dell'ebollizione dell'acqua fu diviso in 100 parti, segue che i valori T° della temperatura assoluta sono espressi dalla formula T° = t° + 273.

II. MISURA DELLE QUANTITÀ DI CALORE

Alla base di questa fondamentale misura sta la primitiva comune nozione che in qualsiasi corpo una somministrazione o un

prelievo di calore debba sempre provocare un corrispondente aumento o una corrispondente diminuzione della sua temperatura. Per rendere meno vaga questa non del tutto esatta nozione, si aggiunge in generale la condizione che la somministrazione o il prelievo di calore non produca nel corpo in questione altro cambiamento che la variazione di temperatura. In tal caso, se si aggiunge l'ulteriore condizione che le variazioni di temperatura debbano essere piccole, l'esperienza conferma non solo l'attendibilità qualitativa della nozione, ma dimostra anche la proporzionalità fra calore e variazione di temperatura.

Naturalmente per la misura delle quantità di calore occorre definire arbitrariamente, ma esattamente, una unità; e per essa si scelse la caloria (o grande caloria o kilocaloria), cioè la quantità di calore che occorre per elevare da 1/8 a 1/5° C. la temperatura di un chilogrammo di acqua, che si usa indicare con Cal.

Evidentemente le misure non possono essere dirette, come p. es. quelle di una lunghezza per mezzo dell'unità metro, ma devono necessariamente essere indirette. Ai numerosi dispositivi ideati per tali misure nelle più svariate condizioni si dà il nome di calorimetri.

III. CALORI SPECIFICI

Una caloria che immessa in un chilogrammo di acqua determina l'elevazione di un grado della sua temperatura, immessa in un chilogrammo di altre sostanze determina incrementi sempre maggiori, salvo rarissime eccezioni; p. es. immessa in un chilogrammo di rame determina una elevazione di oltre 10°, immessa in un chilogrammo di mercurio un'elevazione di 30°. Ciò obbliga ad attribuire ad ogni sostanza un cosiddetto calore specifico, che fisicamente equivale alla quantità di calore che occorre dare all'unità di massa di quella sostanza per elevare la temperatura di un grado centigrado. Ne segue che il calore specifico dell'acqua è uguale a 1, quello del rame a 0,095, quello del mercurio a 0,033, ecc.

I calori specifici degli elementi, moltiplicati per il loro peso atomico, detti calori atomici, interessano molto la chimica e la fisica moderna.

TERMIOLOGIA - TERNI E NARNI

metri in molti processi industriali, specialmente nei casi di alte temperature.

V. MACCHINE TERMICHE

Si possono distinguere in macchine che utilizzano il calore variamente prodotto per la produzione di energia meccanica e macchine frigorifere.

Fra le prime si ricordano le macchine a vapore fisse e mobili e le turbine a vapore che si impiegano per sviluppare grandissime potenze; i motori a scoppio di vapore di benzina, in largo uso nell'automobilismo; i più potenti motori a combustione interna di oli pesanti, detti anche motori Diesel; i recenti e potentissimi motori a reazione in uso nell'aeronautica militare e civile, che permettono di raggiungere velocità superiore a quella del suono.

Le macchine frigorifere, dapprima limitate ai grandi impianti industriali, stanno ormai penetrando largamente anche nella vita domestica. Tutte funzionano in termodinamica (v.) per la cui razionale e pratica applicazione si è ormai costituita una grandiosa tecnica.

TERNI e NARNI, DIOCESI di - Esterno della chiesa di S. Francesco (sec. XIII).

IV. FENOMENI TERMICI E LORO APPLICAZIONI

Dato il loro grande numero non è possibile accennarvi che brevissimamente. Cambiamenti di stato: dallo stato solido al liquido: fusione, sempre accompagnata da notevole assorbimento di calore: p. es., la fusione di un chilo grammo di ghiaccio richiede ca. 80 Cal.; dallo stato liquido al solido, solidificazione sempre accompagnata da inversa liberazione di calore (latente nel liquido); dallo stato liquido all'aeriforme, evaporazione sempre accompagnata da assorbimenti di calore talora ingenti; p. es., il cambiamento di un Kg. di acqua a 100° in un Kg. di vapore alla stessa temperatura richiede 537 Cal.; inversamente con densazione accompagnata da liberazione dell'equivalente calore (latente nell'aeriforme). È interessante rendersi ben conto del fenomeno dell'evaporazione e della condensazione perché su di esso si basano molte importanti applicazioni. Durante l'evaporazione, cioè finché il vapore rimane ancora in contatto con qualche parte del suo liquido, il vapore si dice saturo ed ha particolari caratteristiche che lo distinguono dai gas: in particolare la sua pressione dipende solo dalla sua temperatura, non dal suo volume; se si tenta di comprimerlo esso si condensano. Ma appena il liquido è completamente evaporato il detto vapore si comporta come un gas e, come esso, segue approssimativamente la nota legge di Gay-Lussac caratteristica dei gas: pressione x volume = R x temperatura assoluta, con R costante. Inoltre è da tener presente che per ogni sostanza esiste una temperatura critica al di sopra della quale essa non può esistere allo stato condensato a qualsiasi elevata pressione la si sottometta. Tale temperatura per l'acqua è di 374° C, per l'anidride carbonica di 31,2° (per cui è pericoloso conservare bombole di tale sostanza in ambienti che possono raggiungere quella temperatura), per l'ossigeno —116°, per l'idrogeno —241°. Sono queste conoscenze che hanno permesso, dopo tanti vanti tentativi, di liquefare, con l'azione combinata di pressione e di raffreddamento, tutti i gas, anche quelli che si dicevano permanenti.

Merita infine di essere ricordato che esistono fenomeni termoelettrici dovuti a interazioni del calore e dell'elettricità.

Importantissimi sono la diminuzione, con la temperatura, della resistenza elettrica dei conduttori metallici e l'analoga variazione delle forze elettromotrici che si manifestano sempre al contatto di differenti metalli. Queste due categorie di fenomeni sono state ampiamente utilizzate, in particolare per la misura delle temperature, la quale può ottenersi con dispositivi di sensibilità regolabile a volontà, più comodi e di più facile impiego che gli ordinari termometri. Essi sono ormai usati non solo per scopi scientifici, ma hanno anche sostituito i termo