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Principio zero della termodinamica

I termini delle scienze empiriche vengono spesso mutuati dal linguaggio comune: è il caso del termine “temperatura”. Benché di immediata comprensione, in ambito scientifico si rende necessario poterne dare una definizione precisa, pure se di tipo empirico: a questo provvede il cosiddetto principio zero della termodinamica. Quando due sistemi interagenti sono in equilibrio condividono alcune proprietà, che possono essere misurate e fatte corrispondere a un preciso valore numerico: la temperatura è una di queste. Il principio zero della termodinamica definisce appunto la temperatura come la variabile condivisa da due sistemi – isolati adiabaticamente dall’esterno – in equilibrio termico fra loro, ciascuno a sua volta in equilibrio termico con un terzo, che funge da riferimento.

Qualunque sistema, posto in contatto con un ambiente idealmente infinito e a temperatura fissata, si porterà in equilibrio con quest’ultimo, e dunque raggiungerà la medesima temperatura dell’ambiente. Il cosiddetto ambiente infinito è un’astrazione matematica, chiamata riserva di calore; in realtà è sufficiente che l’ambiente sia abbastanza grande rispetto al sistema sotto indagine e che siano trascurabili le variazioni delle variabili termodinamiche che ne specificano lo stato.

La temperatura si misura con strumenti, detti termometri, che operano sfruttando gli effetti della temperatura stessa su proprietà fisiche direttamente misurabili. Definiti due valori di temperatura facilmente identificabili e riproducibili, come i punti di fusione e di ebollizione dell’acqua pura, è possibile stabilire una scala di temperatura suddividendo la regione compresa tra i punti specificati in intervalli di uguale ampiezza. Il termometro viene così tarato, ed è pronto a misurare la temperatura di un sistema posto in contatto con esso.