Evoluzione delle teorie sul calore: dall'atomismo al calorico

Origini dell'atomismo e del calore

Fino alla metà del XIX secolo non si conosceva quale fosse l'agente fisico responsabile delle sensazioni di caldo e di freddo e di tutti i fenomeni fisici in cui è implicato ciò che noi oggi chiamiamo calore. Già nell'antichità ci fu Democrito che sostenne la teoria dell'atomismo, la materia è totalmente composta da piccole particelle dette atomi. Nel 1600 Bacone e Keplero sostennero la teoria, richiamandosi all'atomismo di Democrito secondo cui il calore fosse una condizione di un corpo dovuta all'agitazione di tali particelle di cui tutta la materia è composta. In realtà tale teoria sarà difficile da accettare fino ai primi del 1900, quando Einstein dimostrerà la validità del modello atomico.

Teoria del calorico e equilibrio termico

Il modello più apprezzato per spiegare il fenomeno dell'equilibrio termico e degli altri processi termici fu proposto nel 1724 dal medico olandese Boerhaave che sostenne per primo l'esistenza del calorico: un fluido invisibile, molto sottile, senza peso, in grado di penetrare la materia e responsabile delle sensazioni di caldo e di freddo con la sua maggiore o minore concentrazione nei corpi. Esso, infatti, fluiva da un corpo più caldo a contatto con un corpo più freddo fino a raggiungere una concentrazione intermedia tra i corpi che in questo modo acquistavano la stessa temperatura. Vari modelli relativi al calorico furono proposti ad esempio da Carnot e La Place, ma esso appariva sempre come una quantità conservata in tutti i fenomeni fisici e addirittura in grado di compiere lavoro, passando da un corpo a temperatura maggiore verso un altro a temperatura minore.

Contributi di Aristotele e scienziati successivi

In realtà l'esistenza di un fluido non osservabile responsabile di tutti i fenomeni termici e il cui ammontare totale nell'universo fosse costante era già stata affermata da Aristotele nella Metafisica. Nel XVIII e XIX secolo molti fisici e scienziati sostennero questa teoria: per esempio lo scozzese Joseph Black, a cui si deve la formulazione della relazione fondamentale della calorimetria che lega il calore assorbito da un corpo al salto termico cui esso è sottoposto e alla sua massa e calore specifico e a lui si deve anche la prima esposizione organica del concetto di calore latente: egli pensava che la grandezza temperatura non fosse sufficiente per descrivere ad esempio i passaggi di stato perché rimane costante. Tra coloro che la sostennero vi furono La Place e Lavoisier, i quali costruirono i primi calorimetri a ghiaccio e Wilcke che elaborò il concetto che sta alla base della definizione odierna di caloria.