La misura della
temperatura è sempre una misura indiretta.
La temperatura
assoluta T di un corpo è infatti una quantità che può
essere definita rigorosamente solo per via termodinamica, e la sua misura
in linea di principio può essere eseguita, una volta che si sia
arbitrariamente fissato un valore per una “temperatura di riferimento
To“ che stabilisce la scala (unità di misura), attraverso la
misura delle quantità di calore scambiate da una sostanza che lavori
in un ciclo di Carnot
tra serbatoi posti rispettivamente alle temperature T e To.
Se Q è
il calore assorbito a T e Qo è
quello ceduto a To, vale
la relazione T=To Q/Qo.
Riscaldando o raffreddando un corpo, alcune delle sue proprietà
fisiche cambiano. Ad esempio la maggior parte dei solidi o dei liquidi
si dilatano se sono riscaldati. Anche i gas, se riscaldati, si possono
dilatare, oppure se si mantiene costante il volume, la pressione cresce.
Invece, un conduttore elettrico, se riscaldato, cambia la sua resistenza.
Una proprietà fisica che cambia con la temperatura, come la lunghezza
di una barra metallica, il volume di un liquido, il volume o la pressione
di un gas, oppure la resistenza elettrica di un conduttore, è chiamata
proprietà termometrica. Ciascuna di queste proprietà si può
usare per definire una scala di temperature e quindi per costruire un termometro.
Un termometro tra i più semplici è quello a mercurio,
costituito da un bulbo e da un tubo, entrambi di vetro, contenenti una
certa quantità di mercurio. Se poniamo il bulbo del termometro a
contatto con un corpo più caldo, il mercurio si dilata più
del vetro. Pertanto, la lunghezza della colonna di mercurio aumenta fino
a quando non si raggiunge l’equilibrio termico (tra il termometro ed il
corpo caldo). Viceversa se il termometro era inizialmente in un ambiente
più caldo, ponendo il bulbo a contatto con un corpo più freddo,
la lunghezza della colonna di mercurio diminuirà.
Con uno strumento di questo tipo (termoscopio) si possono osservare
delle variazioni di temperatura ma non è possibile eseguire delle
misure quantitative di temperatura (posso, in altre parole, dire se la
temperatura del corpo in questione è più alta o più
bassa ad es. di quella ambientale). Allora per perfezionare questo strumento
occorre costruire una scala termometrica. Ciò può essere
fatto scegliendo opportunamente due fenomeni fisici che avvengono a temperatura
costante. Questi due fenomeni sono:
-
La temperatura del punto fisso del ghiaccio (detto anche punto di fusione
normale dell’acqua); -
La temperatura del punto fisso del vapor acqueo (detto anche punto di ebollizione
normale dell’acqua)
e ghiaccio in equilibrio alla pressione di 1 atm. e, una volta raggiunto
l’equilibrio termico si segna nel tubo di vetro la posizione della colonna
di mercurio (primo punto fisso). In seguito, si pone il termometro in acqua
che bolle alla pressione di 1 atm. La lunghezza della colonna di mercurio
aumenta, fino a quando il termometro non raggiunge l’equilibrio termico
con l’acqua bollente. Segniamo sul tubo di vetro l’altezza raggiunta dalla
colonna di mercurio (secondo punto fisso).
Se si attribuisce al primo punto fisso il valore 0, ed al secondo punto
fisso il valore 100 e si divide l’intervallo tra i due punti in 100 parti
uguali si ottiene la scala termometrica Celsius (o centigrada).
Se, invece, si attribuisce al primo punto fisso il valore di 0, ed al
secondo punto fisso il valore di 80 e si divide l’intervallo tra le due
posizioni in 80 parti uguali si ottiene la scala termometrica Réamur
(o ottantigrada).
le temperature misurate nella scala centigrada ed in quella Réamur,
tra le due scale esisterà la seguente relazione di proporzionalità:
ossia
(relazione
che consente di passare dalla scala Réamur a quella centigrada )
oppure 
(che
consente di passare dalla scala centigrada a quella Réamur).
La scala Fahrenheit, in uso nei paesi anglosassoni, originariamente
assumeva come punti fissi la temperatura di una miscela di ghiaccio e cloruro
di ammonio cui era attribuito il valore 0 e la temperatura media del corpo
umano al quale si attribuiva il valore 100. Essendo, in ogni modo, la determinazione
di questi due punti piuttosto difficoltosa, essi vennero, in seguito, sostituiti
con i punti fissi della scala Celsius con il risultato che la temperatura
del ghiaccio fondente veniva a corrispondere a 32 °F mentre quella
dell’acqua bollente a 212 °F (e quindi l’intervallo tra le due temperature
diviso in 180 parti).
Se indichiamo con tc e tf le temperature
misurate nella scala centigrada ed in quella Fahrenheit, tra le due scale
esisterà la seguente relazione:
ossia 
(che
consente di passare dalla scala Fahrenheit a quella centigrada)
(che consente
di passare dalla scala centigrada a quella Fahrenheit)
proprietà termometriche diverse si ottengono in genere risultati
differenti pur essendo entrambi i termometri tarati con gli stessi punti
fissi. Si può ovviare a questo inconveniente usando come sostanza
termometrica un gas in opportune condizioni (termometro a gas).
L’esperienza mostra, infatti, che tutti i gas hanno il medesimo comportamento
in funzione delle variazioni di temperatura purché siano sufficientemente
rarefatti e lontani dalla soglia di liquefazione. Un gas in tali condizioni
è detto gas perfetto.
Utilizzando un termometro a gas si può far vedere che esiste
una temperatura limite al di sotto della quale non è possibile andare
e, utilizzando quest’ultima come punto fisso si può costruire una
scala di temperature assoluta perché indipendente dalla particolare
sostanza gassosa usata. In conformità a ciò, nel 1848 Kelvin
propose l’istituzione di una nuova scala di temperature dedotta usando
come sostanza termometrica un gas perfetto. In questa scala, le divisioni
(gradi Kelvin) corrispondono esattamente alle divisioni della scala centigrada
ma lo zero (detto zero assoluto) viene posto alla temperatura alla
quale si annullano la pressione ed il volume di un gas perfetto. Lo zero
assoluto (cioè 0 °K) corrisponde a –273,15 °C.
Se si indica con T le temperature assolute e con t le
temperature centigrade tra di esse vale la relazione:
quest’ultima relazione consente di passare dalla scala centigrada a quella
Kelvin.