Scala Fahrenheit: definizione, origine e caratteristiche

La scala Fahrenheit è una scala di temperatura ideata e proposta nel 1724 dal fisico tedesco Gabriel Fahrenheit, ed è tutt'oggi utilizzata nei Paesi Anglosassoni, in Jamaica e negli Stati Uniti. Fu introdotta qualche decennio prima della scala Celsius, ma venne poi ridefinita prendendo spunto da quest'ultima.

Tra poco vedremo com'è nata e come si è evoluta la scala Fahrenheit, ma prima è necessario ricordare come si definisce una scala termometrica.

Per costruire una scala di temperatura occorre:

- fissare due stati termodinamici, detti anche punti fissi termometrici;

- assegnare a ciascun punto un valore di temperatura;

- costruire l'intera scala a partire dai valori di temperatura considerati.

Prima definizione di scala Fahrenheit

I punti fissi termometrici scelti da G. Fahrenheit nel 1724 per definire la scala che oggi porta il suo nome furono:

- la temperatura più bassa a quei tempi raggiungibile in laboratorio, ossia la temperatura a cui una ugual mistura di acqua, ghiaccio e sale si scioglie;

- la temperatura media del sangue di cavallo.

A questo punto assegnò il valore di 0 °F al primo punto fisso e suddivise la scala in 12 parti uguali. Successivamente divise ciascuna delle 12 parti in altre 8, per un totale di 96 suddivisioni, e quindi assegnò alla temperatura media del sangue di cavallo il valore di 96 °F.

Presto però ci si accorse che una scala termometrica definita in questo modo era imprecisa, infatti a seconda del tipo di sale usato si avevano temperature di scioglimento differenti, senza contare che la temperatura media del sangue di cavallo non era un valore facilmente riproducibile in laboratorio.

Scala Celsius e nuova definizione di scala Fahrenheit

La scala Celsius venne introdotta da Anders Celsius nel 1742, circa vent'anni dopo la scala Fahrenheit. Egli scelse come punti fissi termometrici:

- il punto di congelamento dell'acqua distillata alla pressione di 1 atmosfera, a cui attribuì il valore di 100 °C;

- il punto di ebollizione dell'acqua distillata alla pressione di 1 atm, a cui assegnò il valore di 0 °C.

Circa un anno dopo i due valori vennero invertiti e si assegnò il valore di 0 °C al punto di congelamento, e il valore di 100 °C a quello di ebollizione. Tra i due punti fissi ci sono 100 unità di differenza, e ognuna di esse prendeva il nome di grado centigrado.

Temperatura congelamento acqua (per definizione) → 0 °C

Temperatura ebollizione acqua (per definizione) → 100 °C

1 °C = unità scala Celsius = ( T_ebollizione_acqua - T_congelamento_acqua ) : 100

I punti fissi termometrici adottati da A. Celsius erano molto più pratici di quelli scelti da G. Fahrenheit, per cui si decise di ridefinire la scala Fahrenheit prendendo come riferimento gli stati termodinamici della scala Celsius. In particolare si attribuì:

- il valore di 32 °F al punto di congelamento dell'acqua;

- il valore di 212 °F al punto di ebollizione.

In questo modo la scala si divide in 180 parti (212-32=180), per cui si definì il grado Fahrenheit come 1/180 della differenza tra la temperatura di ebollizione e la temperatura di congelamento dell'acqua.

Temperatura congelamento acqua (per definizione) → 32 °F

Temperatura ebollizione acqua (per definizione) → 212 °F

1 °F = unità scala Fahrenheit = ( T_ebollizione_acqua - T_congelamento_acqua ) : 180

Dal modo in cui sono definite queste due scale termometriche si deduce che la temperatura espressa in gradi Fahrenheit e quella in gradi Celsius sono legate dalla proporzione

Da essa si ottiene la formula di conversione da Fahrenheit a Celsius

e la formula di passaggio da Celsius a Fahrenheit

La seguente immagine dovrebbe far cogliere ancora meglio le differenze e le analogie tra la scala Celsius e la scala Fahrenheit, le quali si incrociano a -40 gradi (ossia una temperatura di -40 °F è uguale a -40 °C).

Confronto tra scala Celsius e scala Fahrenheit.

Temperatura minima nella scala Fahrenheit

La temperatura più bassa raggiungibile in qualsiasi sistema fisico è quella dello zero assoluto, oggi definito come 0 K e -273,15 °C.

Usando la formula di conversione da Celsius a Fahrenheit si ricava che -273,15 °C equivalgono a -459,67 °F

pertanto la temperatura minima nella scala Fahrenheit è di -459,67 °F.

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Nella maggior parte delle aree abitate della Terra, la temperatura al suolo è compresa tra 0 °F e 110 °F, perciò la scala Fahrenheit permette di indicare quasi sempre la temperatura senza bisogno del segno meno. Non a caso molti dei termometri analogici utilizzati per rilevare la temperatura degli ambienti sono ancora oggi costruiti accostando la scala Fahrenheit alla scala Celsius.

Con questo è davvero tutto! Non ci rimane altro da fare se non segnalare la pagina sulla scala kelvin, dove abbiamo spiegato come si definisce la scala di temperatura usata in ambito scientifico.