Temperatura e Probabilità

Il significato fisico di temperatura si è evoluto storicamente, da semplice indicatore della sensazione di caldo e di freddo, a indice statistico dello stato di agitazione molecolare, proprio grazie alla teoria della probabilità da cui si è poi sviluppata la meccanica statistica e quindi la teoria cinetica dei gas.

Come ben descritto da Wikipedia "la meccanica statistica è l'applicazione della teoria della probabilità, che include strumenti matematici per gestire insiemi formati da numerosi elementi, al comportamente termodinamico di sistemi composti da un grande numero di particelle. La meccanica statistica fornisce un modello per collegare le proprietà dei singoli atomi e molecole alle proprietà macroscopiche del sistema da essi composto".

Se la meccanica statistica fornisce gli strumenti matematici per studiare sistemi composti da molte particelle, la teoria cinetica è un modello fisico che tratta il comportamento termodinamico dei gas in modo statistico, allo scopo di prevederne le proprietà macroscopiche.

Bisogna però considerare che, come tutti i modelli fisici, anche "la teoria cinetica si basa sull'assunzione di alcune ipotesi:

1. Le molecole di cui sono composti i gas sono considerate come punti materiali in moto casuale secondo l'ipotesi del caos molecolare.
2. Le molecole collidono tra loro e con le pareti del recipiente con urti perfettamente elastici.
3. Il numero delle molecole è molto grande cosicché si possono usare metodi statistici.
4. Il volume totale delle molecole dei gas è trascurabile rispetto al volume del contenitore.
5. L'interazione tra le molecole è trascurabile, eccetto durante l'urto tra loro che avviene in maniera impulsiva.
6. Le molecole sono perfettamente sferiche e identiche tra loro.
7. Gli effetti relativistici e quantistici sono trascurabili".
   (Vedi Wikipedia)

Perciò quando si afferma (secondo la teoria cinetica) che la temperatura è una misura dell'energia cinetica media delle particelle di un gas (come descriveremo nel post "L'Equipartizione dell'Energia"), non dobbiamo dimenticare quali sono le ipotesi assunte e che in realtà esse valgono in modo esatto solamente per quei gas definiti come gas ideali (vedi il post "Un gas ideale o... perfetto!") e in modo approssimato nella realtà sperimentale.