Concetti Chiave
- Rudolf Clausius e William Thomson (Lord Kelvin) hanno formulato i due principi fondamentali della termodinamica tra il 1849 e il 1854, basandosi sul principio di conservazione dell'energia e sui risultati di Carnot.
- Il primo principio della termodinamica stabilisce che quantità di calore sono generate o distrutte in relazione agli effetti meccanici prodotti da sorgenti termiche.
- Il secondo principio afferma che il calore non può trasferirsi spontaneamente da un corpo freddo a uno più caldo, evidenziando la direzione naturale degli eventi.
- Il primo principio non contrasta con la meccanica, mentre il secondo principio mette in evidenza l'irreversibilità dei fenomeni termici, in contrasto con la visione meccanica che non prevede limitazioni temporali.
- I fenomeni termici sono considerati irreversibili, poiché una volta avvenuti non possono tornare alla situazione iniziale, contrariamente alle previsioni della meccanica classica.
Quali sono i contributi di Clausius e Kelvin?
La sua valorizzazione definitiva fu però dovuta agli studi di Rudolf Clausius e di William Thomson (Lord Kelvin) che, tra il 1849 e il 1854, giunsero alla formulazione dei due principi base della termodinamica, riprendendo tanto il principio di conservazione dell'energia, quanto i risultati di Carnot.
I due principi sono:
- primo principio: quando determinate quantità di effetti meccanici vengono prodotte in qualsiasi modo da sorgenti termiche o sono perse in effetti puramente termici, allora uguali quantità di calore sono distrutte o generate;
- secondo principio: il calore non può passare spontaneamente da un corpo freddo a uno più caldo.
Contraddizioni tra termodinamica e meccanica
Se il primo principio della termodinamica, riaffermando il principio di conservazione dell'energia per il passaggio calore-lavoro, non si poneva in contrasto con la meccanica, il secondo principio appariva invece in contraddizione con essa. Esso, infatti, mostra l'esistenza di un corso naturale degli eventi in una data direzione e pone in evidenza il fatto che, spontaneamente, il passaggio di calore da un corpo a un altro non può avvenire indifferentemente in entrambi i sensi. Esistono cioè fenomeni naturali irreversibi-li i quali, una volta avvenuti, non possono più procedere in senso inverso per ristabilire la situazione di partenza. L'irreversibilità non rientra nella teoria meccanica: secondo quest'ultima, non esiste alcun principio che ci possa vietare di invertire il segno della variabile tempo nelle equazioni per descrivere il ritorno all'indietro di un qualunque si-stema; il mondo può tanto svilupparsi verso il futuro quanto ritornare al passato. Non esistono dunque fenomeni irreversibili, mentre i fenomeni termici paiono invece esserlo
in modo inequivocabile.
Domande da interrogazione
- Quali sono i due principi fondamentali della termodinamica formulati da Clausius e Kelvin?
- In che modo il secondo principio della termodinamica contraddice la meccanica classica?
- Qual è il significato dell'irreversibilità nei fenomeni termici secondo il testo?
I due principi fondamentali sono: il primo principio, che afferma che quantità uguali di calore sono generate o distrutte in relazione agli effetti meccanici, e il secondo principio, che stabilisce che il calore non può passare spontaneamente da un corpo freddo a uno più caldo.
Il secondo principio evidenzia l'irreversibilità dei fenomeni naturali, mostrando che il passaggio di calore avviene in una sola direzione, contrariamente alla meccanica classica che non prevede limitazioni nel ritorno degli eventi, permettendo di invertire il tempo nelle equazioni.
L'irreversibilità nei fenomeni termici indica che, una volta avvenuti, questi eventi non possono tornare alla situazione di partenza, contrariamente a quanto previsto dalla teoria meccanica, che non riconosce fenomeni irreversibili.
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