Helmoltz - Contributo alla termodinamica

Hermann Ludwig Helmoltz (1821 – 1894) si laureò giovanissimo in medicina con una
tesi sulla struttura del sistema nervoso degli invertebrati e iniziò subito dopo la carriera accademica come professore di anatomia e di fisiologia per proseguire poi come docente di fisica, discipina ai cui fondamenti fu sempre molto attento.
La sua opera fondamentale è il Saggio sulla conservazione della forza del 1847, ma
fino al 1868 continuerà ad occuparsi di fisiologia (è tra l’altro l‘inventore di più di un apparecchio tra quelli ancora oggi usati in oculistica e in otorinolaringoiatria). Dopo il 1868 si dedicherà soltanto alla fisica, preparando il terreno alla rivoluzione che la disciplina affronterà dai primi anni del XX secolo. Nel saggio sulla conservazione della forza (occorre notare che Helmoltz chiama forza ciò che noi oggi chiamiamo energia), un’opera emno nota ai più dei Principia di Newton, ma di pari importanza per lo sviluppo della fisica teorica, egli introduce per la prima volta in modo chiaro il concetto di energia, non noto a Newton e introdotto poi nei decenni successivi in modo strisciante o ambiguo in meccanica, “si inventa” l’energia potenziale, distingue tra energia cinetica, energia potenziale e lavoro, sottolinea i legami tra massa ed energia, pur non
giungendo ad ipotizzare il concetto einsteiniano di energia di riposo, distingue tra forze conservative e forze non conservative, enuncia il principio di conservazione dell’energia meccanica.
In una seconda parte dell’opera Helmoltz si occupa dei fenomeni termici.
Egli inizia analizzando i fenomeni dove scompare l’energia cinetica, ossia gli urti anelastici e l’attrito. Quest'ultimo viene rappresentato in meccanica come una forza che agisce in verso opposto al moto, cosa comoda nei calcoli che non consente però di capire cosa accade, soprattutto a livello delle forze molecolari. Ma, aggiungeva Helmholtz,l'acquisto di calore [che si origina in questi fenomeni]costituisce per noi una energia, attraverso la quale possiamo produrre effetti meccanici.[...] Resterebbe da chiedersi se la somma di queste energie corrisponda sempre all’energia meccanica perduta [... e] se per una certa perdita di forza meccanica sorga ogni volta una determinata quantità di calore, e fino a qual punto una quantità di calore possa corrispondere a un'equivalente di energia meccanica.
Quel che è stato finora chiamato quantità di calore,potrebbe servire d'ora in poi
come espressione in primo luogo della quantità di energia cinetica del movimento
termico, e in secondo luogo della quantità di quelle energie potenziali degli atomi,
che, cambiando la loro disposizione, possono provocare un tale movimento; la prima
parte corrisponderebbe a ciò che fino ad ora è stato chiamato calore libero, la
seconda a ciò che è stato chiamato calore latente. Come si può notare,