CONDUZIONE DELL'ESPERIMENTO
Inserito il gas nel cilindro, ermeticamente chiuso con il pistone, sistemati il termometro, il manometro e un peso P0 sul pistone, misuriamo volume, pressione e temperatura iniziali: v0, p0, t0.
caso 1): mettiamo il cilindro in un primo frigorifero(6) a temperatura t1 e misuriamo v1 (il valore di p non è cambiato perché sul pistone agisce sempre solo P0). Portiamo ora il cilindro in un secondo frigorifero a temperatura t2 e misuriamo v2 e così via. Da una certa situazione in poi vedremo che il volume non cambia più, anche diminuendo ancora la temperatura (nella figura ciò accade da t3 in poi).
Costruendo il diagramma passante per i punti (t0v0) (t1v1) (t2v2) (t3v3) si ottiene una retta che si arresta nel punto (t3v3). Prolungando la retta sino all'asse delle t (tratteggio in rosso nella figura) si individua il valore - 273,... °C(6).
a) Perché il diagramma si arresta? Perché nel punto (t3v3) il gas è diventato liquido e quindi il suo volume non cambia più con la stessa legge.
b) Cosa succede cambiando gas? Cambia la retta rappresentativa della legge v = v(t) ma il suo prolungamento termina sempre al punto -273 °C.
c) Cosa succede nel punto t4? Il liquido diventa solido.
d) Come si studia il segmento segnato in rosso? Si studia per mezzo di un diagramma TTT.
caso 2): bloccato il pistone nella posizione iniziale, mettiamo il cilindro in un primo frigorifero(7) a temperatura t1 e misuriamo p1 (il valore di v non è cambiato perché il pistone è bloccato). Portiamo ora il cilindro in un secondo frigorifero a temperatura t2 e misuriamo p2 e così via. Da una certa situazione in poi vedremo che la pressione non cambia più, anche diminuendo ancora la temperatura (nella figura ciò accade da t3 in poi).
Costruendo il diagramma passante per i punti (t0p0) (t1p1) (t2p2) (t3p3) si ottiene una retta che si arresta nel punto (t3p3). Prolungando la retta sino all'asse delle t (tratteggio in rosso nella figura) si individua il valore - 273,... °C = 0 °K.
A questo punto possiamo fare le domande e dare le risposte come al punto precedente.
UNA PRECISAZIONE.
Come era possibile avere basse temperature prima che fosse inventato il frigorifero? Il principio è abbastanza semplice: produrre una rapida espansione di un gas compresso. E' ciò che accade quando si apre una bomboletta di gas propano per ricaricare gli accendini, oppure quando si aziona un estintore a CO2, ecc. Il frigorifero funziona proprio in tal modo: compressione ed espansione in successione di un gas opportunamente scelto.
(1) Il principio di indeterminazione o di esclusione fu introdotto dal fisico Heisemberg negli anni 20 del 1900.
(2) Qui si usa la parola calore per intendere energia in una qualunque delle sue forme.
(3) Assoluto qui significa senza confronti, cioè "di più non si può". Letteralmente significa "sciolto dai legami" e vale anche per lo zero assoluto in quanto la situazione è identica per qualunque materiale e perciò "sciolto dalla qualità" del materiale in esame.
(4) Le scritture v = v(t) e p = p(t) sono puramente simboliche, nel senso che indicano una dipendenza del volume (o della pressione) dalla temperatura, senza nulla dire sul tipo di dipendenza, e perciò non c'è alcun segno operazionale fra v (oppure p) e t.
(5) Il termometro è solo teorico poiché in realtà con il nostro esperimento lo stiamo costruendo!
(6) Oggi si è giunti a un miliardesimo di distanza dallo zero assoluto (Focus N° 68, giugno1998).
(7) Anche il frigorifero è solo teorico: quando la prima volta fu condotto questo esperimento esso non esisteva!
