Dal Fuoco all'Atomo

Principi della Termodinamica (enunciati)

Il primo principio della termodinamica postula che l'energia può essere convertita da una forma ad un'altra ma che non può essere né creata né distrutta: ciò significa affermare che il contenuto di energia dell'universo è costante.
L'energia esiste in diverse forme, tra queste le più importanti sono l'energia cinetica e l'energia potenziale; l'enegia cinetica è l'energia del moto, un'auto che percorre una strada possiede energia cinetica, quando si frena l'energia cinetica viene convertita in calore a causa dell'attrito. L'energia potenziale è l'energia di posizione.

Quando si solleva un peso dal pavimento si compie un lavoro ed il peso possiede energia potenziale, se si lascia cadere, l'energia potenziale, a causa della forza di gravità, viene convertita in energia cinetica del corpo in caduta.
Il calore è energia così come lo è il lavoro.
Spesso si confondono i termini calore e temperatura usandoli indifferentemente, ma se un corpo ha una certa temperatura, la quantità di energia termica (calore) in esso racchiusa dipende da quanto è grande, mentre la sua temperatura è indipendente dalle dimensioni: un bicchiere d'acqua può avere la stessa temperatura di un mare.

L'energia si conserva sempre ma quando è ad alta temperatura può essere trasformata, almeno parzialmente, in lavoro.
La stessa quantità di energia, una volta ceduta all'atmosfera, alla temperatura ambiente, diventa inutilizzabile. La quantità di energia non è cambiata, è cambiata la qualità. Rudolf Clausius coniò il termine di entropia per misurare la temperatura dell'energia.
Una quantità di energia termica ha una bassa entropia quando si trova ad alta temperatura mentre la stessa quantità di energia ha un'entropia più alta se si trova ad una temperatura più bassa.
Se abbiamo due corpi a temperature diverse, avranno complessivamente una certa energia, se li poniamo a contatto, il calore passerà dal corpo più caldo a quello più freddo fino a che non avranno raggiunto la stessa temperatura, questa è la condizione di equilibrio termico. Ogni volta che il calore fluisce da un corpo caldo ad uno freddo l'entropia aumenta, quindi raggiungere l'equilibrio comporta l'aumento di entropia.

Il secondo principio della termodinarnica asserisce che non è possibile:

  • trasmettere il calore da un corpo piu' freddo (cioe a temperatura pi' bassa) ad un corpo a temperatura piu' alta - lasciando immutato tutto il resto.
  • invertire l'attrito, cioe' recuperare integralmente il calore sviluppato dagli attriti e trasformarlo di nuovo in lavoro meccanico.
  • produrre lavoro meccanico sfruttando calore disponibile a una sola temperatura (si produce lavoro solo sfruttando un salto fra d' temperature diverse). Se gradatamente in una regione dell'universo corpi piu' caldi scaldassero quelli piu' freddi e si equilibrassero tutte le temperature a un valore unico, non sarebbe piu' possibile produrre energia di origine termica. Questa situazione e' stata chiamata "morte termica".

In pratica la 2° legge è quella che ci spiega perché la prima legge non ci sarà di grande aiuto quando il combustibile inizierà a scarseggiare. Ossia non si può realizzare una macchina che estrae calore a bassa temperatura e deposita la stessa quantità di energia a una temperatura più alta senza che intervenga qualche altro effetto

A chi desidera approfondire questi argomenti consiglio di leggere
"Anche tu fisico" dell'ing.Roberto Vacca dal quale ho tratto il secondo principio della termodinamica