Calore e temperatura

Quando parliamo di caldo e di freddo usiamo spesso le parole «calore» e «temperatura» come se fossero la stessa cosa, ma in scienze hanno significati diversi. La temperatura indica quanto un corpo è caldo o freddo, cioè quanto si muovono velocemente le minuscole particelle che lo compongono. Il calore, invece, è l'energia che passa da un corpo più caldo a uno più freddo. Un esempio aiuta a capire: una piccola tazza di tè bollente ha una temperatura più alta di una grande vasca di acqua tiepida, ma la vasca contiene più energia termica complessiva perché è formata da molta più acqua.

Per misurare la temperatura si usa il termometro. Il modello più conosciuto contiene un liquido colorato in un sottile tubicino di vetro. Quando la temperatura aumenta, il liquido si dilata, cioè occupa più spazio, e sale lungo la scala graduata; quando la temperatura diminuisce, il liquido si contrae e scende. Oggi esistono anche termometri digitali, che misurano la temperatura con un sensore elettronico e mostrano il valore su uno schermo. In Italia la temperatura si indica di solito in gradi Celsius. Il termometro non misura il calore, ma soltanto la temperatura.

Il calore può viaggiare in tre modi diversi. Il primo è la conduzione, che avviene soprattutto nei solidi: l'energia passa da una particella all'altra, per contatto. Se un cucchiaino di metallo viene lasciato in una pentola calda, dopo un po' anche il manico diventa caldo. I materiali che lasciano passare bene il calore, come i metalli, si chiamano conduttori; quelli che lo fanno passare male, come il legno, la plastica e la lana, si chiamano isolanti. Per questo i manici delle pentole sono spesso di plastica o di legno.

Il secondo modo è la convezione, tipica di liquidi e gas. Quando un fluido si scalda, diventa meno denso e sale verso l'alto, mentre il fluido più freddo e pesante scende. Si formano così dei movimenti circolari chiamati correnti convettive. Si vedono bene in una pentola d'acqua sul fuoco, ma sono presenti anche in una stanza: l'aria calda dei termosifoni sale verso il soffitto e quella fredda scende verso il pavimento.

Il terzo modo è l'irraggiamento, in cui il calore si propaga attraverso onde elettromagnetiche, senza bisogno di un materiale che lo trasporti. È così che il calore del Sole attraversa lo spazio vuoto e arriva sulla Terra. Lo sentiamo anche stando vicino a un camino acceso o davanti a una stufa elettrica. I colori scuri assorbono più calore di quelli chiari, per questo d'estate una maglietta nera scalda di più di una bianca.

Quando due corpi con temperature diverse restano a contatto, il calore passa da quello più caldo a quello più freddo finché le loro temperature diventano uguali. In quel momento si dice che hanno raggiunto l'equilibrio termico. Se si versa acqua calda in un bicchiere contenente acqua fredda, la miscela diventa tiepida. Allo stesso modo, un cubetto di ghiaccio in una bibita assorbe calore dal liquido, che si raffredda, mentre il ghiaccio si scioglie.