A questo punto ci chiediamo che cosa siano i corpi, l'energia e la temperatura:
- un corpo è una porzione di materia (quindi è dotato di massa, di volume e di altre caratteristiche misurabili) ed è delimitato da una superficie;
- l'energia è l'attitudine di un corpo a compiere un lavoro;
- la temperatura è la misura dello stato di agitazione termica delle particelle che compongono un corpo.
Come si trasferisce un calore da un corpo ad un altro?
Il calore fluisce spontaneamente da un corpo caldo a un corpo freddo - dove per caldo intendiamo a temperatura maggiore e per freddo a temperatura minore. La chiave di questo enunciato è l'avverbio: spontaneamente.
Come sappiamo dall'esperienza quotidiana, è possibile trasferire calore da un corpo freddo a un corpo caldo, ma ciò non avviene spontaneamente. Bisogna compiere un lavoro: il frigorifero non funziona se non inseriamo la spina nella presa della corrente, con un occhio di riguardo alla bolletta, specie di questi tempi.
Nonostante gli effetti del calore fossero noti da secoli e la forza del vapore fosse sfruttata da molto tempo (ben prima di Newcomen e di Watt: pensiamo ad Erone di Alessandria e a certe sue macchine, ad esempio) fu solo nel 1822 che il matematico e fisico francese Jean Baptiste Joseph Fourier (1768-1830) nel suo trattato Theorie analytique de la chaleur sviluppò una riflessione intorno a questo fenomeno in modo scientifico e rigoroso.
Proprio in questa trattazione enunciò il suo celebre teorema, per cui un qualsiasi fenomeno ondulatorio è descrivibile come somma di funzioni goniometriche elementari (seno e coseno).
Nell'anno in cui fu pubblicato questo testo fondamentale nella storia delle scienze fisiche, nacque Rudolf Clausius (1822-1888), il fisico tedesco che a soli ventotto anni elaborò una Teoria meccanica del calore, ove espresse il primo principio della termodinamica (l'energia totale dell'universo è costante) e il secondo principio della termodinamica - nei termini di un'impossibilità di un passaggio spontaneo del calore da un corpo freddo a un corpo caldo.
Fu Clausius a distinguere le trasformazioni reversibili da quelle irreversibili e a introdurre l'entropia come funzione di stato che misura la degradazione dell'energia e il grado di disordine di un sistema, immaginando che all'aumentare del calore le particelle che lo compongono si allontanano le une dalle altre, indebolendo i legami e causandone la dispersione, per concludere che l'entropia totale dell'universo tende a un massimo.
Introdusse inoltre i gradi di libertà (traslazionali, rotazionali, vibrazionali) e il concetto di cammino libero medio.
Ferito nella Guerra Franco-Prussiana, invalido permanente, poi vedovo con sei figli, si ritirò gradualmente dall'insegnamento per essere padre di famiglia a tempo pieno. Quel che io non sarò mai.
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