TERMOMETRI

Il convenzionale termometro a mercurio misura la variazione di volume di tale elemento posto in un capillare di vetro, quando viene messo in contatto termico con il corpo di temperatura ignota. L'allungamento della colonnina è proporzionale alla temperatura del corpo.

Il termometro è lo strumento che permette di misurare la temperatura, grandezza all'uomo accessibile solo sensorialmente; è opportuno mettere quindi in relazione questa grandezza con una facilmente misurabile come la lunghezza, quindi rendere visibili le variazioni di temperatura tramite il cambiamento di proprietà d'un corpo legate strettamente alla temperatura stessa.
Riprendendo la prima legge di Gay Lussac che afferma che a pressione costante il volume e la temperatura sono direttamente proporzionali, la conclusione più utile è che il gas perfetto sarebbe la sostanza termometrica che permetterebbe una più precisa valutazione.
A pressione di un'atm, individuando la temperatura a cui si scioglie il ghiaccio e quella di ebollizione dell'acqua, si rende possibile il calcolo dei volumi; si può individuare la misura del coefficiente angolare della retta passante per l'origine di un sistema cartesiano dove come cordinate si hanno i volumi e come ordinate le temperature. Proprio il coefficiente angolare corrisponde al coefficiente di proporzionalità tra le grandezze considerate (vedi fig a lato).

Grazie a questo valore posso ipotizzare a che temperatura si raggiungerà un volume nullo (ovvero a -273 °C).

Se il volume non può mai essere negativo si prevede anche l'inesistenza di temperature negative, in tal caso si introdurrà il concetto di temperatura assoluta (il grado assoluto è ricavabile all'interno di una variazione di temperatura fissata tra 0 e 100).

Essendo il gas perfetto frutto d'una astrazione teorica, che ipotizza una sostanza composta da molecole uguali, di massa puntiforme quindi volume nullo, che non interagiscono fra loro, è necessario utilizzare quelle sostanze presenti in natura che più si avvicinano al suo comportamento ( come l'elio). Un termometro a gas nonostante possa essere preciso non è di sicuro maneggevole; per applicazioni meno sofisticate si può risalire alla tempertura utilizzando una proprietà ad essa strettamente correlata come la lunghezza nel caso in cui il recipiente, in cui sia contenuto il materiale scelto, sia di forma molto allungata, un cilidro a sezione costante.

Se V=S.x ove S è la sezione e x la lunghezza, V₀, possimo considerare ΔV=S.Δx. Essendo la variazione del volume direttamente proporzionale alla temperatura per la legge di Gay Lussac, ΔV=α.ΔT, si potrà affermare anche che S.Δx=α.ΔT ovvero che ΔT=S.Δx/α. Questa relazione è definita in base alla legge di Gay Lussac valida solo per i gas perfetti, per le reali sostanze questa legge non è valida, a meno che non si considerino piccoli intervalli di temperatura e corpi filiformi (con una dimenzsione prevalente rispetto alle altre). Si avrà Δx=β.ΔT. Il coefficiente β di dilatazione lineare è costante epr ogni sotanza reale per piccoli intervalli di ΔT .
Come si può anche osservare dal grafico teoricamente la relazione lunghezza-temperatura sarbbe rappresentata da una retta, sperimentalmente forma una curva ma se si considerano piccoli ΔT tale curva può essere considerata una retta e quindi mantenere all'interno di quel breve intervallo la proporzionalità S-T.