ZERO ASSOLUTO (TEMPERATURA)

Tutte le particelle che costituiscono la materia sono in continuo movimento.
Se tocco con un dito un oggetto qualsiasi e sento la sensazione di caldo, vuol dire che le particelle che costituiscono quell’oggetto si muovono più velocemente delle particelle che costituiscono i miei polpastrelli.
Questa informazione viene trasmessa al cervello dai nervi e nel cervello si genera quella sensazione che noi chiamiamo “caldo”. Il contrario avviene per la sensazione di freddo.
Potremo allora definire la temperatura di un corpo come una misura dello stato di agitazione delle particelle che costituiscono quel corpo: più veloci sono le particelle, più “caldo” è il corpo.
In termini scientifici, si dice che la temperatura è una misura dell’energia cinetica media delle particelle.
La produzione della sensazioni di caldo e di freddo nel nostro cervello sono dovute al fatto che tutti gli animali superiori di questo pianeta sono costruiti in modo da salvaguardare la propria sopravvivenza: in pratica l’unico scopo è che l’animale deve ritrarre subito la zampa se l’oggetto che tocca è troppo caldo o troppo freddo.
La temperatura di un corpo può aumentare all’infinito, infatti nell’Universo osserviamo anche temperature di milioni di gradi centigradi all’interno delle stelle.
Esiste invece un limite inferiore per la temperatura: più le particelle che costituiscono un corpo si muovono lentamente, più il corpo è freddo. Ma non può esistere un freddo “più freddo” di “particelle ferme”.
Per questo motivo esiste un limite inferiore per la temperatura che viene chiamato lo Zero Assoluto. Questa temperatura corrisponde a -273,15 gradi centigradi.
In campo scientifico viene usata la “Temperatura Assoluta” che fissa lo zero allo Zero Assoluto (-273°C) e quindi ha la notevole semplificazione che non conosce gradi negativi. I suoi gradi si chiamano “gradi Kelvin” e vengono indicati con °K.
Ovviamente lo zero della temperatura misurata in gradi centigradi corrisponde a 273,15 gradi Kelvin:

Mentre la temperatura in gradi centigradi viene sempre indicata con la lettera t (minuscola), la temperatura assoluta viene indicata con la lettera T (maiuscola).
Le semplici formule di conversione sono le seguenti:

T (°K) = t (°C) + 273,15
t (°C) = T (°K) – 273,15

Si può arrivare al concetto di Zero Assoluto anche attraverso le semplici considerazioni della legge di Charles (detta anche prima legge di Gay Lussac):
Consideriamo un gas (ideale) contenuto in un recipiente cilindrico con la parete superiore mobile (pressione costante).
La prima osservazione da fare è che, se riscaldiamo il recipiente con una fonte di calore posta sotto la base del cilindro, osserviamo che la parete mobile superiore si solleva e quindi che il volume del gas aumenta.
Analogamente, se raffreddiamo il recipiente, osserviamo che la parete mobile “scende” ed il volume diminuisce.
Si osserva sperimentalmente che, se aumentiamo la temperatura del gas di un grado centigrado, il suo volume aumenta di 1 / 273,15 del volume occupato dal gas a 0°C e, se diminuiamo la temperatura del gas di un grado centigrado, il suo volume diminuisce di 1 / 273,15 del volume occupato dal gas a 0°C.
Cioè, Se Vo è il volume del gas a 0 gradi centigradi e V(t) il volume del gas a t gradi centigradi, avremo:

V(t) = Vo + (1 / 273,15) x Vo x t

Ponendo in questa equazione il valore -273,15 al posto di t, otteniamo:

V(-273,15) = Vo + (1 / 273,15) x Vo x (-273,15)

V(-273,15) = Vo + (-273,15 / 273,15) x Vo

V(-273,15) = Vo + (-1) x Vo

V(-273,15) = Vo – Vo

V(-273,15) = 0

Cioè a -273,15 gradi centigradi il volume del gas diventa zero ! Il gas dovrebbe scomparire !

Questa esperienza ci porta a due conclusioni:
1) lo Zero Assoluto è un limite irraggiungibile.
2) Non si può scendere al di sotto dello Zero Assoluto, perchè si otterrebbero valori negativi per il volume del gas, il che non ha senso.