Scala kelvin

La scala kelvin è una scala di temperatura assoluta, ossia una scala termometrica che non ha valori negativi. Prende il nome dal suo ideatore, il fisico e ingegnere irlandese William Thomson, detto anche Lord Kelvin.

La scala kelvin viene usata prevalentemente in ambito scientifico e si basa sul kelvin (K), l'unità di misura fondamentale della temperatura del Sistema Internazionale.

Tra poco vedremo com'è stata introdotta la scala kelvin e che legame c'è tra le scale kelvin e Celsius, ma prima ci teniamo a precisare che dal 20 maggio 2019 è entrata ufficialmente in vigore una nuova definizione di kelvin. Per tutti gli approfondimenti del caso rimandiamo alla lezione dell'omonimo link.

Com'è definita la scala kelvin

La scala kelvin venne proposta per la prima volta nel 1868 da Lord Kelvin. A quei tempi il riferimento principale era dato dalla scala Celsius; pur essendo comoda negli utilizzi della vita quotidiana, risultava particolarmente scomoda in laboratorio, dove si aveva spesso a che fare con temperature al di sotto di 0 °C.

L'introduzione della scala kelvin nacque proprio dall'esigenza di una scala:

- in cui lo zero fosse il punto più basso;

- che, per praticità, usasse il grado centigrado come incremento unitario.

In generale per definire rigorosamente una scala termometrica si devono scegliere due stati termodinamici, detti punti fissi termometrici, e assegnare a ciascun punto un valore di temperatura.

I punti fissi termometrici della scala kelvin vennero introdotti solo nel 1954 dalla 10^a Conferenza Generale dei Pesi e delle Misure (CGPM) e sono i seguenti:

- lo zero assoluto, a cui è assegnato il valore di 0 K e che rappresenta il minimo valore di temperatura raggiungibile dalla materia, a prescindere dalle condizioni fisiche;

- la temperatura del punto triplo dell'acqua, a cui è attribuito il valore di 273,16 K; si tratta di un particolare stato termodinamico in cui l'acqua coesiste allo stato liquido, solido e gassoso.

Qualche anno più tardi, tra il 1967 e il 1968, la 13^a CGPM definì il kelvin come della temperatura assoluta del punto triplo dell'acqua, dove per temperatura assoluta si intende quella misurata da una scala in cui lo zero corrisponde allo zero assoluto.

Dal 20 maggio 2019 è entrata in vigore una nuova definizione di kelvin espressa in termini della costante di Boltzmann.

Scala kelvin e scala Celsius

La scala Celsius, così com'era stata introdotta nel 1743, usava come punti fissi termometrici:

- il punto di congelamento dell'acqua distillata alla pressione di 1 atmosfera (1 atm), a cui era ed è associato il valore di 0 °C;

- il punto di ebollizione dell'acqua distillata alla pressione di 1 atm, a cui corrisponde tutt'oggi il valore di 100 °C.

Tra i due valori c'è una differenza di 100 unità, ognuna delle quali prendeva il nome di grado Celsius.

Successivamente la scala Celsius è stata ridefinita partendo dallo zero assoluto e dal punto triplo dell'acqua, in modo da correlarla più precisamente alla scala kelvin. Da quel momento le due scale condividono gli stessi punti fissi termometrici, ossia:

- lo zero assoluto, definito come 0 K e -273,15 °C

- il punto triplo dell'acqua, definito come 273,16 K e 0,01 °C

Se ci facciamo caso la differenza di temperatura tra i due punti è sempre di 273,16, sia in kelvin che in gradi Celsius.

Da ciò segue che la suddivisione della scala kelvin è la stessa che si trova nella scala Celsius, vale a dire che un aumento di un grado in una scala corrisponde esattamente a un aumento di un grado nell'altra.

Da queste considerazioni è facile dedurre che la temperatura in kelvin e quella in gradi Celsius sono legate dalle seguenti relazioni

La seguente immagine dovrebbe rendere ancora meglio il concetto e far cogliere la differenza tra scala kelvin e scala Celsius

Confronto tra scala kelvin e scala Celsius.

Per approfondire il discorso sul passaggio da kelvin a Celsius e per vedere qualche esempio di conversione, ti rimandiamo alla pagina del link. Se invece sei alla ricerca di un convertitore di temperatura - click!