Tutti noi abbiamo conosciuto strumenti quali i termometri, utili per esempio quando abbiamo la febbre. Però, sarà proprio tramite uno strumento di questo genere che saremo in grado di dare una definizione operativa di temperatura, e quindi definire la temperatura e non avere più un concetto intuitivo. Supponiamo che questo sia un termometro a mercurio e prendiamo un sistema; questo sistema lo chiamo A, e la temperatura sarà una temperatura T_A. E come sistema possiamo immaginare, per esempio, di avere del ghiaccio in fusione nell'acqua; quindi abbiamo una condizione di equilibrio fra la fase solida e la fase liquida dell'acqua. E noto che, a queste condizioni, la temperatura è ben fissata, anche se al momento ancora non sappiamo quant'è, la chiamiamo semplicemente T_A. Sappiamo però che portare il termometro in contatto diretto con questo sistema vuol dire portare anche il termometro alla stessa temperatura, qualunque essa sia. Ovviamente, stiamo dando per scontato che il termometro non stia perturbando la temperatura di questo sistema. Quindi, la temperatura è fissa nel sistema A è fissa ed è il termometro che si porterà questa temperatura. Il mercurio avrà la colonnina di mercurio a una certa altezza e quest'altezza la chiamo al momento 1. Dopodiché posso prendere in considerazione un altro sistema, che posso chiamare B, ad una temperatura T_B. Ad esempio, sfruttando sempre l'acqua, possiamo immaginare l'acqua in ebollizione, quindi una condizione per la quale il liquido e il vapore sono in condizione di equilibrio. È noto, anche in questo caso, che la temperatura è ben determinata, anche se non la conosciamo al momento, e la chiamiamo T_B. Sappiamo però che, se il termometro viene posto in contatto diretto con questo sistema, dovrà portarsi sulla stessa temperatura, sempre nell'ipotesi che non vada a perturbare il sistema e quindi la temperatura sia ben definita, sia T_B, qualunque essa sia. Sappiamo però che il mercurio, cambiando temperatura, potrebbe dilatarsi e quindi cambiare la sua quota all'interno della colonnina. Dunque, l'osservazione che possiamo fare è vedere la colonnina di mercurio che sale, portandosi, alla fine, ad un'altra quota 2. A questo punto, noi abbiamo due sistemi a due temperature e abbiamo uno strumento che ha permesso di visualizzare direttamente, tramite la dilatazione termica, il fatto che i due sistemi abbiano temperature diverse. Possiamo, in maniera arbitraria, ma conveniente, dire che la temperatura 1 è 0 e la temperatura 2 sia 100. E se la variazione del mercurio è stata lineare, quindi per ogni grado si è dilatato della stessa quantità , posso dividere questo intervallo in cento parti, e quindi avere un termometro che possa misurare la temperatura nell'intervallo 0-100, ad esempio, o tararlo per poterlo applicare ad altri sistemi, ad altre temperature. Si deve osservare, però, che per la definizione del termometro su scala Celsius, come viene chiamato e come è noto, abbiamo utilizzato due sistemi: uno a temperatura 0°, adesso lo possiamo dire, e l'altro a temperatura 100°, ora lo possiamo affermare; abbiamo quindi dato un numero ben chiaro, 0 e 100, a T_A e a T_B rispettivamente, dunque in qualche modo abbiamo definito un numero che rappresenta lo stato termico di questo sistema. La scala Celsius non è certamente l'unica scala che si può utilizzare. Una scala fondamentale per lo studio della termodinamica è la scala Kelvin, La scala Kelvin utilizza un altro approcio e invece di utilizzare due sistemi, per esempio ghiaccio fondente e acqua in ebollizione, usa una condizione particolare dell'acqua, chiamata punto triplo. Il punto triplo dell'acqua è la coesistenza dello stato vapore, liquida e solida; è un punto che si può realizzare soltanto sotto determinate condizioni. Sfruttando ormai il termometro a mercurio che abbiamo definito, è noto che il punto triplo si trova ad una temperatura che chiamerò T_3, pari a 0,01°C e ad una pressione, P_3, pari a 6*10 alla -3 atm, quindi molto più piccola di un'atmosfera, che è la pressione atmosferica, a cui siamo abituati. Sotto queste condizioni, l'acqua si trova nel punto triplo. Ebbene, noi definiamo la scala Kelvin in modo tale che la temperatura in scala Kelvin del punto triplo sia 273.16 K. Lo zero della scala Kelvin si trova a questo punto, ovviamente, a -273.15°C, perché il punto triplo nella scala Celsius, si trova a 0,01°C. E quindi, -273.15°C è uguale a 0 K.