La scala Celsius non è nata da Celsius

Un nuovo viaggio nella storia, questa volta sulla scala della temperatura Celsius, tra esperimenti, capovolgimenti e ridefinizioni.

La scala Celsius non è nata da Celsius
Articolo a cura di

Per la misurazione di un dato, è importante avere una indicazione comune: un metro non è una iarda, un gallone è diverso da un litro e così via.
I nostri maestri e professori avevano ragione nel chiederci: "50 cosa? Mele? Pere?", sebbene il rischio di sfociare in unità di misura bizzarre come il Dirac e la Renna sia letteralmente dietro l'angolo.
La scala Celsius è un importante esempio di un'unità di misura che è riuscita a prendere piede in quasi tutto il globo, aiutandoci ad abbattere varie incomprensioni e differenze, ma tale scala non fu partorita in mezza giornata, né da una sola persona. In questo speciale ne vedremo la storia.

Cos'è la scala Celsius

La scala Celsius è utilizzata in quasi tutto il mondo (ad eccezione degli statunitensi che utilizzano la scala Fahrenheit), per misurare la temperatura, come quella biologica e in particolare del corpo umano, la temperatura ambiente o la temperatura dell'acqua.

La definizione storica pone allo 0 della scala Celsius il punto di congelamento dell'acqua alla pressione atmosferica e a 100 gradi, invece, il suo punto di ebollizione; il termine centigradi, a sua volta, indica che sono stati segnati 100 passi tra le due estremità prese in considerazione.
Ciò è quel che fece Anders Celsius nel lontano 1741 quando prese un termometro e segnò a 0 il punto di congelamento mentre l'altra estremità... e invece no!
Ma andiamo con ordine.

Anders Celsius e la sua scala

In quell'epoca non vi era uno standard ma numerose scale per la temperatura dalla dubbia utilità si trovavano nelle case e nei laboratori, alcune delle quali avevano come riferimento lo scioglimento del burro o la temperatura del sotterraneo dell'università di Parigi.
In un contesto di tale frammentazione, ci risulta già chiaro quanto il contributo di Celsius fu importante, tant'è che la scala che oggi usiamo porta ancora il suo nome.

Anders Celsius fu professore di astronomia all'Università di Uppsala, in Svezia, dal 1730 al 1744, anno della sua morte causata dalla tubercolosi. Celsius, per almeno un paio di anni, si adoperò a misurare vari "tipi di acqua" che prese da diversi pozzi, dalla neve e dal fiume Fyris: egli stimò il punto in cui la colonnina del suo termometro si fermava a causa della solidificazione o dell'evaporazione.

Oggigiorno potremmo trovare anacronistica tale selezione di acque differenti, ma bisogna pensare che all'epoca la termodinamica, la branca della fisica e della chimica che studia il calore di un sistema, era ancora ai suoi albori.

Ciò che egli determinò sono misure davvero molto vicine alla stima reale di transizione dell'acqua alla fase vapore e ghiaccio; tali "tacchette sul termometro" divennero quindi le due estremità della scala, misurata con un andamento costante del barometro, in quanto un certo Fahrenheit ad Amsterdam ipotizzò in quegli anni una variazione dei dati causata dalla pressione, cosa che confermò anche l'astronomo svedese pubblicando tutti i suoi risultati nel 1942.
E fin qui tutto normale, stiamo parlando della definizione che tutti conosciamo, se non fosse che, per Celsius, il 100 indicava il passaggio da ghiaccio ad acqua, mentre lo 0 da acqua a vapore. Insomma, la scala era invertita!
Lavorando in generale a temperature molto basse, l'astronomo pensò di mettere la scala in questo modo, per non lavorare con numeri negativi.

La scala rimase invertita fino alla sua morte, come testimonia il termometro situato ancora oggi al museo dell'università di Uppsala che mostriamo più in basso.
A questo punto la storia si fa più confusionaria: l'inversione della scala invertita è attribuita principalmente a Daniel Ekström, il principale costruttore di strumenti di Uppsala, mentre una scala identica fu ideata da Marter Strömer, successore alla cattedra di Celsius. Una terza persona, Carl Linnaeus, famoso biologo che lavorò anch'esso nell'Università di Uppsala, si attestò il merito della prima scala Ekström.

Di fatto, il nome "ufficiale" arrivò solo nel 1948, con la decisione del Sistema Internazionale delle misure di eliminare "centigrada", che in alcune lingue come la nostra tende a far confondere con la misura degli angoli, e utilizzare il nome di uno scienziato: la scelta ricadde su Anders Celsius.

Il rapporto tra la scala Kelvin e la scala Celsius

La scala Kelvin fu ideata considerando intervalli identici alla scala Celsius e prendendo in considerazione il valore di zero assoluto che le ricerche di termodinamica portarono alla luce, il valore teorico di temperatura sotto al quale non si può andare, che si trova a -273,15 gradi Celsius. Il secondo punto di riferimento è il punto triplo dell'acqua, ovvero dove i tre stati della materia coesistono a una determinata pressione e temperatura: quest'ultima si trova leggermente spostata dallo 0 precedente, per l'esattezza a 0,01 gradi °C.

L'utilizzo della scala Kelvin ha comportato lo snaturamento della scala Celsius perché, con misure più precise, nel corso degli anni si è scoperto che la temperatura a cui bolle l'acqua è di circa 99,98 gradi Celsius: a questo punto l'idea è stata quella di lasciare invariati gli intervalli, sia nella scala Celsius, che in quella Kelvin.
Ciò ha, infine, comportato una definizione della scala Celsius non più data dalle transizioni di fase dell'acqua, ma dalla scala Kelvin.
Per questo motivo, possiamo tranquillamente affermare che la scala non è più per definizione centigrada e che - udite, udite - l'acqua NON bolle più a 100 gradi!

Credits:
Olof Beckman 1997 Eur. J. Phys. 18 169 - Veritasium - Tekniska museets (per la foto del termometro di Uppsala)