Concetti Chiave
- La termodinamica studia gli scambi energetici tra sistemi e ambiente, e la trasformazione di lavoro in calore.
- Il fisico Mayer intuì l'esistenza di un rapporto costante tra lavoro e calore, poi chiarito da Joule.
- Joule dimostrò che calore e lavoro sono forme diverse di energia, legate da un rapporto costante.
- L'equivalente calorico, scoperto da Joule, è di 4,18 J per ogni caloria, aumentando la temperatura di un grammo d'acqua di un grado.
- La costante J rappresenta il rapporto universale tra lavoro e calore, esprimendo il tasso di conversione energetica.
La termodinamica si occupa degli scambi di energia fra il sistema è l’ambiente, e della trasformazione del lavoro in calore e viceversa.
Ogni volta che l’energia meccanica è consumata da forze resistenti, viene prodotto calore.
Allo stesso modo, ogni volta che si fornisce calore il sistema compie lavoro o muta stato di aggregazione.
Il fisico Mayer capì da questo che doveva esserci un rapporto costante tra lavoro e calore.
Ma fu Joule a capire esattamente quale fosse, grazie al mulinello a palette.
Grazie all’esperimento con il mulinello a palette, Joule riuscì a stabilire che calore e lavoro sono due forme diverse della stessa grandezza fisica, l’energia, e che esiste un preciso rapporto tra l’uno e l’altro.
Questo rapporto tra lavoro e calore è l’ “equivalente calorico”, ed è sempre lo stesso.
In altre parole, Joule scoprì che 4,18 J di lavoro vengono convertiti in calore e, ceduti per esempio ad un grammo di acqua, ne aumentano la temperatura di un grado.
In linguaggio matematico:
Per ogni x Joule si ottengono y calorie, secondo la proporzione x:y=4,18:1.
4,18 J/cal è dunque il “tasso di cambio”, e si indica con il simbolo J.
Lavoro (L)/calore (Q) = J → J∙Q –L = 0
J è una costante universale.
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