Temperatura

Temperatura
La temperatura è la proprietà fisica che regola il trasferimento di energia termica da un sistema a
ad un altro
Quando due sistemi si trovano in equilibrio e non avviene nessun trasferiemnto di energia
si dice che sono alla stessa temperatura. Quando esiste una differenza di temperatura, il calore tenderà a
muoversi dal sistema che viene detto a temperatura più alta verso il sistema che diremo a temperatura più
bassa, fino al raggiungimento dell'equilibrio termico.
Il trasferimento di calore può avvenire per conduzione, convenzione o irragiamento
il calore corrisponde al movimento casuale degli atomi e delle molecole del sistema. Quindi un incremento
di temperatura corrisponde a un incremento del movimento degli atomi del sistema. Per questo, la
temperatura viene anche definita come lo stato di agitazione molecolare del sistema
La temperatura è una grandezza fisica scalare
Termometro Galileiano
I primi tentativi di misurare la sensazione di caldo o di freddo risalgono ai tempi di Galileo. Il
primo termometro ad alcool, di tipo moderno, viene attribuito tradizionalmente all'inventiva del granduca
di Toscana Ferdinando de Medici.
Il termometro a mercurio viene attribuito a Gabriel Farenheit che introdusse nel 1714 una scale di
temperature in uso ancora oggi, mentre un'altra, detta all'epoca scala centigrada, si deve a Anders Celsius
nel 1742.
Misurazione della temperatura
Sono stati sviluppati molti metodi per la misurazione della temperatura. La maggior parte di questi si
basano sulla misurazione di una delle proprietà fisiche di un dato materiale, che varia in funzione del variare
della temperatura.
Uno degli strumenti di misura più comunemente utilizzati per la misurazione della temperatura è il
termometro a liquido. Esso consiste di un tubicino capillare di vetro riempito con mercurio o altro liquido.
L'incremento di temperatura fa espandere il liquido e la temperatura può essere determinata misurando il
volume del fluido all'equilibrio. Questi termometri possono essere calibrati, in modo che sia possibile
leggere le temperature su una scala graduata (osservando il livello del fluido nel termometro).
scala assoluta
L'unità di misura base della temperatura nel Sistema Internazionale è il kelvin (simbolo: K). Un kelvin viene
formalmente definito come la frazione 1/273,16 della temperatura del punto in cui l'acqua si solidifica
scala celsius
in questa scaka si assume il valore di 0 °C corrisponde al punto di fusione del ghiaccio e il valore di 100 °C
corrisponde al punto di ebollizione dell'acqua a livello del mare. Il simbolo utilizzato è °C. In questa scala
una differenza di temperatura di un grado Celsius (1 °C) è pari a un kelvin (1 K), quindi questa [scala] è
essenzialmente la stessa della scala kelvin, ma con uno scostamento alla temperatura a cui l'acqua congela
di (273,15 K).
La seguente equazione può essere utilizzata per convertire i gradi Celsius in kelvin:
T(k)=T(C)+273,15
La pressione è una grandezza fisica definita come il rapporto tra il modulo della forza agente
ortogonalmente su una superficie e la sua area.[1]
La pressione è una grandezza intensiva e quindi si intende sempre riferita all'unità di superficie.
I fluidi risentono della pressione, mentre i solidi risentono più in generale della tensione. Pressione
e tensione, nel caso in cui siano interne ad un corpo, possono essere generalizzate nel concetto di
sforzo meccanico.
La pressione può anche essere definita come il potenziale meccanico in un punto di un sistema
fluido.
Il pascal (simbolo: Pa) è un'unità di misura derivata del Sistema internazionale. Il pascal è l'unità di
misura della sollecitazione e come caso particolare della pressione, è equivalente a un newton su
metro quadrato. L'unità di misura prende il nome da Blaise Pascal, matematico, fisico e filosofo
francese.
[1]
In acustica si impiega il Pa o suoi sottomultipli, in meteorologia è più largamente impiegato l'hPa,
insieme al kPa. Il MPa e il GPa rispettivamente per misurare la resistenza dei materiali e il loro
modulo di elasticità.
1 hPa = 1 mbar
1 MPa = 1 N/mm² = 10 bar ≈ 0,1 kgf/mm²
1 GPa = 109 N/m² = 10 kbar
Esperimento di torricelli
Nel 1644 Evangelista Torricelli, fisico e matematico, allievo di Galileo, è riuscito a misurare la
pressione atmosferica. L’esperienza di Torricelli suscitò, specie nelle comunita’ ecclesiastiche, una
certa diffidenza, soprattutto a causa di alcune indirette conseguenze (la scoperta del vuoto)
difficilmente inquadrabili nella logica di alcune tradizioni religiose. L’esperimento di Torricelli
Si prende un tubo lungo circa 80-90 cm e di diametro di un cm e sigillato a una estremita’ , viene
riempito di mercurio e posto, con l’apertura verso il basso tenuta chiusa, in una bacinella anch’essa
riempita di mercurio. Aprendo l’imboccatura inferiore del tubo, si crea un sistema di vasi
comunicanti, per il quale la pressione del liquido all’interno del tubo e’ uguale alla pressione
esercitata dall’atmosfera sul mercurio contenuto nella vaschetta:infatti il mercurio contenuto nel
tubo non e’ soggetto alla pressione esterna, al contrario di quello nella vaschetta. Fissando il tubo a
un apposito sostegno, si potra’ notare che il mercurio contenuto nel tubo scendera’ un dato livello,
chiamato h, che equivale a 760mm. Al livello della vaschetta agiscono dunque due forze, che sono
la pressione atmosferica(dal basso verso l’alto)e la pressione idrostatica della colonnina di
mercurio(dall’alto verso l’alto)che sono uguali e contrarie e quindi sono in equilibro. Possiamo
inoltre dire che la pressione atmosferica della colonna di mercurio ad altezza 760mm e’ in media
uguale alla pressione al livello del mare. Con questo possiamo giungere alla conclusione e dire che:
Phg=δ•g•hhg=13579 kg/m3•9,8 m/s2•0,76 m= 1,013•105 Pa
Che equivale a: la pressione del mercurio e’ uguale al peso specifico del mercurio moltiplicato per
la forza di gravita’, moltiplicato per l’altezza raggiunta dal mercurio. In questo caso abbiamo usato
come unita’ di misura il Pascal, ma ce ne sono molti altri:
-torr(o millimetro di mercurio)= pressione di una colonna di mercurio ad altezza 1 mm
-bar= 106barie e il sottomultiplo e’ il mbar 10-3, usate in meteorologia
-hPa=102 Pa che viene preferito al mbar e’ 1 hPa=1 mbar 1 Pa=10-5bar
Sapendo che 1 atm e’ uguale a 1,013•105Pa
Possiamo dire che 1 atm=1,013 bar=1013 mbar=1013 hPa=760 torr
Torricelli usò come liquido il mercurio. La sua scelta non e’ casuale, tutt’altro. Questo materiale ha
anche allo stato liquido una densita’ notevole, tale da poter eguagliare la pressione atmosferica con
una colonna alta solo 76 cm, se invece avesse utilizzato come liquido l’acqua, il tubo sarebbe
dovuto essere di oltre una decina di metri per poter eguagliare la pressione atmosferica.
Esistono 3 tipi di umidita’

Umidità assoluta: è la quantità di vapore acqueo espressa in grammi contenuta in un metro
cubo d'aria. L'umidità assoluta aumenta all'aumentare della temperatura.
Quando un abbassamento di temperatura porta a far coincidere l'umidità assoluta con quella di
saturazione si ha una condensazione del vapore acqueo e il valore termico prende il nome di
temperatura di rugiada. In corrispondenza di questo valore se si ha una superficie fredda si ha la
rugiada (brina a valori sotto lo zero), se la condensazione riguarda uno strato sopra il suolo si ha la
nebbia.
È un valore poco apprezzabile e per questo si preferisce l'utilizzo dell'umidità specifica.
L'umidità assoluta può essere espressa in termini di peso di acqua per volume di atmosfera o in
pressione parziale relativa del vapore rispetto agli altri componenti atmosferici (kg/m³ o Pa).

Umidità specifica: è il rapporto della massa del vapore acqueo e la massa d'aria umida; in letteratura si
può trovare anche un'altra definizione: il rapporto tra la massa del vapore acqueo e la massa d'aria
SECCA. In termodinamica si preferisce questa seconda definizione perché, rapportandosi alla massa di
aria secca, questa non varierà mai nei normali processi termodinamici (sopra la temperatura di 132 K),
al contrario della massa di aria umida (per esempio: con la condensazione del vapore nell'aria umida, il
fluido può essere facilmente sottratto).
Umidità relativa: indica il rapporto percentuale tra la quantità di vapore contenuto da una massa d'aria e la
quantità massima (cioè a saturazione) che il volume d'aria può contenere nelle stesse condizioni di
temperatura e pressione. Alla temperatura di rugiada l'umidità relativa è per definizione del 100%. L'umidità
relativa è un parametro dato dal rapporto tra umidità assoluta e l'umidità di saturazione.
Esempio: se una massa d'aria ha una temperatura propria, ad esempio, di 15 °C con una quantità di umidità
relativa pari al 50%, affinché tale umidità possa raggiungere il 100% (saturazione) a pressione costante, e,
magari depositarsi (condensazione) sarà necessario abbassare la temperatura della massa d'aria, ad
esempio, di 5 °C, portarla cioè da 15 °C a 10 °C.
L’umidita’ condiziona:

la formazione delle nubi e le precipitazioni;

l'evapotraspirazione del suolo;

lo sviluppo degli organismi viventi (ad esempio, in agrometeorologia, lo sviluppo di parassiti fungini).
Per poter ricavare l'umidità specifica, si utilizza il nomogramma di Herloffson, che è una cartina con riportati
molte griglie di più valori e dal risultato del loro incrocio si ottiene il valore massimo d'umidità specifica per
quelle condizioni.
Lo strumento usato per misurare l'umidità relativa si chiama igrometro la cui scala è graduata da 0% a
100%.
Tra gli strumenti per la misurazione dell'umidità atmosferica vi sono:

Igrometro a capello

Igrografo

Psicrometro.
igrometro
piscrometro
igrografo
La presenza di umidità eccessiva nei muri e nell'aria all'interno degli edifici è un fattore di degrado diffuso ed
insidioso, in quanto può compromettere le finiture, la stabilità strutturale degli edifici e la vivibilità degli
ambienti.
I principali fenomeni che determinano problemi di umidità negli edifici sono:
[1]

infiltrazioni: ad esempio dovute alla non integrità della copertura dell'edificio;

capillarità: l'acqua può risalire per capillarità all'interno dei muri dell'edificio, se non adeguatamente
protetti, soprattutto nelle zone basamentali;

condensazione: dovuta alla presenza di superfici fredde all'interno dell'edificio (per esempio in
corrispondenza di ponti termici o di pareti esterne isolate male) o all'interno di strati isolanti permeabili al
vapore posti nelle pareti esterne.
LA RADIAZIONE SOLARE :
La radiazione solare è l'energia radiante emessa nello spazio interplanetario dal Sole,
generata a partire dalle reazioni termonucleari di fusione che avvengono nel nucleo
solare e che producono radiazioni elettromagnetiche a varie frequenze o lunghezze
d'onda, le quali si propagano poi nello spazio alle velocità tipiche di queste onde.
Ogni forma di vita sulla Terra viene mantenuta dal flusso energetico solare che penetra
nella biosfera; l'energia utilizzata per la formazione ed il mantenimento della biomassa è
l'1% della radiazione totale in arrivo. La radiazione ha un'influenza diretta
sulla temperatura dell'aria e del terreno e sul processo di evapotraspirazione (consiste
nella quantità d'acqua che dal terreno passa nell'aria allo stato di vapore per effetto
congiunto della traspirazione, attraverso le piante, e dell'evaporazione, direttamente dal
terreno), ed indiretta sul valore dell'umidità atmosferica, sul movimento delle masse d'aria
e sulle precipitazioni.
La quantità totale di radiazione emessa dal Sole nell'unità di tempo, nell'unità di superficie
e misurata alle soglie esterne dell'atmosfera, valore pressoché costante nel tempo, è
detta costante solare.
La radiazione solare non è concentrata su una sola frequenza, ma è distribuita su un
ampio spettro di ampiezza non costante con la forma di una campana com'è lo spettro
tipico di un corpo nerocol quale la sorgente solare è modellizzata. Il massimo di radiazione
è centrato nella banda della radiazione visibile o luce col picco ai 500 nm fuori
dall'atmosfera terrestre in base alla legge di Wien, nel Ciano-verde. La banda di radiazioni
fotosinteticamente attive (PAR) va dai 400 ai 700 nm, corrisponde alla radiazione visibile
ed è pari al 41% della radiazione totale. All'interno del PAR esistono sottobande con
radiazioni:

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blu-violette, (400-490 nm), assorbite dai pigmenti, con azione sulla fioritura, sintesi
proteica, effetti fototropici, medio effetto sulla fotosintesi;
verdi (490-560 nm), le meno attive fotosinteticamente;
gialle (560-590 nm);
rosso-arancio (590-700 nm), molto attive per la fotosintesi. La colorazione delle piante
è tale proprio in virtù del fatto che il verde è colore complementare al rosso, e quindi è
in grado di catturare queste bande dello spettro elettromagnetico.
Oltre alla radiazione visibile una componente energeticamente minoritara, ma comunque
degna di nota per i loro effetti è costituita dagli infrarossi e soprattutto dai raggi ultravioletti.
Nell'attraversare l'atmosfera la radiazione solare subisce fenomeni
di riflessione, rifrazione, assorbimento, diffusione ad opera dei vari gas atmosferici in
misura variabile in funzione della frequenza, così che al suolo lo spettro solare risulta
irregolare rispetto a quello rilevato alle soglie esterne dell'atmosfera (TOA) con presenza
di tipiche bande di assorbimento o riflessione.