Fisica

Celsius non ha inventato i gradi Celsius

Come ha fatto Celsius a definire i gradi centigradi? Molti pensano che la misura dei gradi centigradi (Clesius; °C) sia stata fatta da Celsius, prendendo la temperatura alla quale l’acqua gela come 0°C e quella alla quale bolle come 100°C, ritenendo 100 gradi come un numero di unità sufficiente alle misure che venivano maggiormente svolte all’epoca. Tuttavia Celsius non ha mai usato o descritto la scala che oggi porta il suo nome, ce lo spiega questo video del canale Veritasium.

Celsius fu professore di astronomia all’Università di Uppsala, a 70 km a nord di Stoccolma. Il primo termometro di gradi Celsius risale al giorno di Natale del 1741 e si trattava di una serie di annotazioni fatte su un termometro che usava la scala Delisle, ancora presenti alla sinistra della colonna di mercurio. Guardando le annotazioni lasciate da Celsius è possibile osservare che egli ebbe l’idea di separare in cento gradi la temperatura di ebollizione e di solidificazione dell’acqua. In questa prima scala tuttavia l’ordine dei gradi è inverso rispetto a quello che usiamo oggi: 0° era indicata la temperatura di ebollizione ed a 100° quella di solidificazione.

Una delle ragioni di quest’ordine era la convezione usata dall’altra scala presente sul termometro: quella di Delisle che misurava a 0° la temperatura di ebollizione dell’acqua ed a 150° quella di solidificazione. Un ulteriore motivo era quello di evitare di usare i numeri negativi: in Svezia le temperature esterne scendono spesso sotto lo zero, restando ben lontane dal punto di ebollizione dell’acqua. Per quanto bizzarro ci possa sembrare oggi, non vi sono particolari vantaggi ad usare una scala di gradi ascendente o discendente; infatti Celsius continuò ad usare l’ordine inverso fino al giorno della sua morte, che avvenne per tubercolosi nel 1744.

Chi fu allora ad invertire questa scala e quindi a creare la scala Celsius che conosciamo ed usiamo oggi? Nel 1745 di fianco alle annotazioni di Celsius nella scala del termometro apparse una nuova serie di annotazioni sotto il nome di Ekström, nome della persona che si occupava di creare le apparecchiature nell’università di Uppsala. Questa nuova scala riportava l’ordine dei gradi come lo conosciamo oggi. Nel 1747 un’ulteriore colonna sotto il nome Strömer, che fu il successore di Celsius alla cattedra di astronomia, ma fu un’altro professore di Uppsala a rivendicare l’aver invertito la scala: il biologo Carlo Linneo. Ciò che è certo è che nel 1745 ad Uppsala esisteva già un termometro funzionante con la scala di gradi Celsius che utilizziamo oggi. Ma quello di Uppsala non è il primo termometro in assoluto ad utilizzare questa scala: nel 1743, all’Università di Lione creò un termometro che segnava 0° alla temperatura di congelamento dell’acqua e 100° alla temperatura di ebollizione. Si tratta di Jean Pierre Christin.

Perché quindi conosciamo questa scala col nome di scala Celsius, invece che come scala Christin? Per molto tempo in realtà la scala Celsius venne chiamata centigrada (cento livelli), ma il termine centigrado aveva già altri significati in francese, spagnolo ed italiano; gradi erano infatti le misure degli angoli. Quindi per eliminare questa confusione, nel 1948, l’Ufficio internazionale di pesi e misure ha rinominato la scala centigrada con il nome di uno scienziato. Celsius fu scelto probabilmente per via della popolarità di un testo di chimica pubblicato da Jacob Brezelius, nel quale veniva identificato Celsius come il primo scienziato a descrivere una scala di temperatura nella quale 0° indica la temperatura di congelamento dell’acqua e 100° quella di ebollizione, perpetrando l’errore che fu lui ad inventare questa scala.

Quindi stiamo forse facendo un errore a donare continuamente fama a Celsius usando il suo nome ogni volta che indichiamo una temperatura? in realtà no. Il compito di segnare due tacche su un termometro e dividerle in cento parti uguali non comporta un grande sforzo, al punto che tale osservazione venne fatta da più persone. Quello che fece Celsius fu di stabilire quali proprietà fisiche siano in grado di produrre una certa temperatura. Ai tempi di Celsius esistevano circa 30 scale diverse di temperatura, singoli termometri potevano avere allegate fino a 18 scale, alcune più affidabili di altre: come punti fissi alcune di queste scale usavano la temperatura della camera più profonda dell’osservatorio di Parigi, la temperatura di liquefazione del burro, la temperatura interna di alcuni animali o il la temperatura del giorno più caldo durante l’estate in Italia, Siria o Senegal. L’esistenza di scale alquanto bizzarre e la mancanza di una metodica raffinata nella costruzione di termometri rendevano la misura delle temperature un compito assai arduo, tanto quanto il paragonare temperature registrate da persone diverse.

Celsius risolse molti problemi al riguardo. Egli dimostrò che la neve che si scioglie mantiene una temperatura costante indipendentemente dalla latitudine e dalla pressione atmosferica e determinò la precisa relazione tra la temperatura di ebollizione dell’acqua e la pressione atmosferica, permettendo di poter calibrare i termometri in qualsiasi condizione. Ha reso quindi possibile la creazione di un sistema affidabile ed unico per la misura delle temperature. Queste ragioni hanno quindi fatto si che il nome Celsius venisse usato per le misure della temperatura. Oggigiorno la stessa scala di Celsius non è più definita in base alle temperature di transizione dell’acqua, ma in base alla scala di Kelvin, la quale definisce il punto triplo dell’acqua (ovvero la combinazione di pressione e temperatura alla quale l’acqua esiste in equilibrio in stato liquido, solido e gassoso) alla temperatura di 273,16°K. L’ampiezza di un singolo grado °K è pari a quella di un grado °C, ma le due scale sono slittate: 0°C corrispondono a 273,15°K, pertanto nell’attuale scala di Celsius l’acqua bolle a 99,974°C e congela a -0.0001°C.

La precisione di queste scale che abbiamo oggi e la loro universalità, che ci permette di usarle in qualsiasi condizione è dovuta allo sforzo di moltissimi scienziati, al punto che si può pensare che la C di °C non sia più riferita solamente a Celsius, Christin o Carlo (Linneo), ma alla comunità che ha lavorato per secoli rendendo queste scali così affidabili.