Sapreste indicarmi quale liquido posso utilizzare per simulare l’azione di un termometro? Mi occorre un liquido che cambi di volume al variare della temperatura ambientale.

TERMOMETRI A LIQUIDO

 

La costruzione di un termometro richiede l’utilizzo di
una sostanza che si dilati e si contragga in maniera direttamente proporzionale
alla temperatura. Si cercano sostanze che possano variare il proprio volume
secondo relazioni del tipo

V =Vo (1+a T)

in cui V è il volume del liquido, T la temperatura
ed a la costante di proporzionalità. Vo rappresenta il volume
del liquido quando il termometro che lo contiene viene messo a contatto
con ghiaccio fondente.

Non sempre l’espansione dei liquidi è descritta
da questa semplice relazione, ma in alcuni casi si ha un andamento che
in buona approssimazione è quello desiderato.

Naturalmente, l’intervallo di temperature che i diversi
liquidi permettono di misurare dipende anche dalla temperatura di solidificazione
del liquido e da quella di ebollizione. Di seguito viene riportata una
tabella nella quale sono indicati i valori di a e l’intervallo
di temperature entro il quale è possibile effettuare misure con
diversi liquidi.

 

LIQUIDO

a (°C-1)

D
T

Alcool etilico

11 * 10-4

-117 °C ¸
+78 °C

Glicerina

5 * 10-4

+18 °C ¸
+290 °C

Etere

16 * 10-4

-116°C ¸
+35 °C

Mercurio

1,8 * 10-4

-39 °C ¸
+350 °C

Inconvenienti

La misura della temperatura con termometri a liquido è
fortemente condizionata dal tipo di liquido. S’immagini per esempio di
avere due termometri riempiti rispettivamente con alcool e con mercurio,
tarati dividendo in 100 parti uguali l’intervallo tra i livelli che i
liquidi raggiungono quando vengono messi in contatto con ghiaccio e acqua
bollente. Se, una volta tarati, i termometri vengono messi a contatto
con dell’acqua e il termometro a mercurio indica la temperatura di 50
°C , quello ad alcool indicherà circa 48,5 °C.

Una situazione ancora più anomala si verifica se
il secondo termometro è riempito con acqua anziché con alcool.
Chiaramente in questa situazione il termometro ad acqua può essere
tarato solo al punto di congelamento dell’acqua stessa. Se i due termometri
vengono messi in contatto con dell’acqua se quello a mercurio indica 4°C,
il termometro ad acqua segnerà una temperatura sotto lo zero.

Ciò dipende dal fatto che a 4°C
l’acqua raggiunge la sua massima densità (massima contrazione del
liquido presente nel termometro) e di conseguenza occupa un volume minore
di quello occupato a 0 °C.

Per ovviare alla dipendenza dal liquido utilizzato si
sfruttano termometri a gas che in condizioni di opportuna rarefazione
non dipendono dal tipo di gas utilizzato.

Un po’ di storia

I primi termometri furono costruiti all’Accademia del
Cimento attorno al 1650. Già Galileo aveva costruito, tempo prima
, un termoscopio e i membri dell’Accademia, in prevalenza suoi alunni,
cominciarono ad usare sistematicamente i termometri che, tuttavia non
avevano punti fissi e non davano quindi informazioni confrontabili fra
loro. Il liquido utilizzato era prevalentemente alcool. Si trattava di
apparecchi costituiti da un bulbo unito ad un tubo di vetro e riempito
con il liquido. Sul tubo erano segnati intervalli regolari inizialmente
concepiti in modo che il volume compreso fra due segni corrispondesse
ad 1/1000 del volume del bulbo.

Nel 1701 Newton propose di considerare il punto di congelamento
dell’acqua come punto di riferimento più basso attribuendo ad esso
il valore di 0. La temperatura di una “persona in salute” venne
scelta come valore di riferimento più alto a cui si attribuì
il valore 12.

Qualche anno dopo , Fahrenheit, propose di prendere come
temperatura inferiore di riferimento quella di una miscela di ghiaccio
e sale e di dividere ognuno dei dodici intervalli già introdotti,
in otto parti in modo da rendere più fine la gradazione. In questo
modo i punti estremi di temperatura erano compresi fra 0 temperatura di
ghiaccio e sale, e 96 , la temperatura corporea. La divisione dell’intervallo
fra la temperatura di congelamento e quella di ebollizione dell’acqua
in 100 parti uguali fu proposta da numerosi scienziati ma è associata
allo svedese Celsius.