Concetti Chiave
- Il principio di conservazione dell'energia fu inizialmente enunciato da Mayer e Joule, focalizzandosi sul rapporto costante tra calore e lavoro.
- Mayer e Joule evidenziarono che una quantità di lavoro si trasforma sempre in una precisa quantità di calore, senza perdita di energia.
- Helmholtz generalizzò il principio a tutte le trasformazioni naturali, sostenendo che l'energia totale rimane costante nei processi.
- Il principio meccanico di conservazione di Helmholtz include la somma di energia cinetica e potenziale nei corpi in movimento e posizione.
- Sadi Carnot dimostrò che il lavoro meccanico deriva dal passaggio di calore tra corpi a diverse temperature, impossibile senza tale differenza.
Il principio venne dapprima enunciato relativamente al solo nesso calore-lavoro da Robert Mayer nel 1841 e da James Joule nel 1843. In questa forma limitata il principio affermava che:
1. nella trasformazione del calore in lavoro e viceversa il rapporto tra le due grandezze (consumate o generate) è sempre costante;
2. una data quantità di lavoro si trasforma sempre in una ben precisa quantità di calore e viceversa;
3. nella trasformazione non va perso nulla e calore e lavoro appaiono come aspetti di-versi di un unica entità che si conserva inalterata nella trasformazione: l'energia.
Il principio fu generalizzato a tutti i tipi di trasformazione da Hermann Helmholtz nel 1847: in ogni processo naturale rimane inalterata l'energia, cioè la capacità di compie-re lavoro. Helmholtz inquadrò questa conclusione entro una concezione ancora meccanicistica secondo la quale il principio si può esprimere sotto la forma del principio meccanico di conservazione della somma di energia cinetica, dovuta al movimento dei corpi, e di energia potenziale, dovuta alla posizione dei corpi.
Le scoperte di Carnot
Queste formulazioni del principio di conservazione si trovarono al centro dell'attenzione della comunità scientifica allorquando il problema del rapporto tra calore e lavoro meccanico venne ripreso in connessione con i problemi tecnologici posti dall'impiego della macchina a vapore. Mentre le macchine utilizzanti il vapore come forza motrice erano impiegate già da tempo e avevano svolto un ruolo decisivo nella rivoluzione industriale, la loro comprensione teorica era rimasta rudimentale.II primo lavoro di grande rilevanza speculativa sui rapporti intercorrenti tra calore e lavoro meccanico nel funzionamento delle macchine termiche fu quello di Sadi Carnot (Riflessioni sulla potenza motrice del fuoco, 1824). Basandosi sull'impossibilità del moto perpetuo, Carnot dimostrò che la produzione di lavoro meccanico può avvenire grazie al passaggio di calore da un corpo più caldo a uno più freddo. Se dunque non esistessero corpi a temperature differenti, allora non sarebbe possibile produrre lavoro per mezzo del calore.
Domande da interrogazione
- Chi ha enunciato per primo il principio del nesso calore-lavoro?
- Come Hermann Helmholtz ha generalizzato il principio di conservazione dell'energia?
- Qual è stato il contributo di Sadi Carnot alla comprensione del rapporto tra calore e lavoro meccanico?
Il principio del nesso calore-lavoro è stato enunciato per la prima volta da Robert Mayer nel 1841 e da James Joule nel 1843.
Hermann Helmholtz ha generalizzato il principio di conservazione dell'energia nel 1847, affermando che in ogni processo naturale l'energia rimane inalterata, esprimendolo come il principio meccanico di conservazione della somma di energia cinetica e potenziale.
Sadi Carnot ha dimostrato che la produzione di lavoro meccanico avviene grazie al passaggio di calore da un corpo più caldo a uno più freddo, basandosi sull'impossibilità del moto perpetuo, nel suo lavoro del 1824 "Riflessioni sulla potenza motrice del fuoco".
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