La conversione di lavoro meccanico in calore: principio fondamentale nella storia della termodinamica

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Vediamo un principio che ha un enorme rilievo nel mondo della manifattura e non solo, ovvero che qualsiasi quantità di lavoro meccanico possa essere totalmente convertito in calore.

I concetti di temperatura e calore hanno accompagnato l’uomo sin dai primordi della sua evoluzione. Sin dai tempi dell'”homo erectus” quasi 1.8 milioni di anni fa, l’uomo ha visto nel fuoco, e quindi nella sua capacità di innalzare la temperatura e trasferire calore, un elemento essenziale alla sua sopravvivenza e sostentamento. Il ruolo del fuoco ha avuto un ruolo talmente chiave nelle società attraverso i millenni da essere canonizzato in leggende e mitologie attreverso una pletora di società antiche. I greci credevano che il fuoco fosse stato rubato dalla torcia della fucina di Efesto, dio del fuoco delle fucine dell’ingegneria, della scultura e della metallurgia, da parte del titano Prometeo, che poi lo donò agli uomini. Zeus, il re degli dei, punì aspramente il titano per questo incatenandolo ad una roccia e trafitto da una enorme colonna di marmo le interiora esposte al vento e costantemente divorate da un’aquila. Il mito del fuoco come qualcosa di divino rubato agli dei accompagna l’umanità in molteplici culture in ogni angolo del globo. I Maori, una popolazione indigena di un vasto arcipelago nell’Oceano Pacifico, credevano che il semidio Māui, nella sua ricerca di come fosse nato il fuoco, avesse raggiunto la dea Mahuika e avesse rubato una delle sue unghie capace di incendiare qualunque cosa che venisse a contatto con essa.

La termodinamica nella storia

I greci, come in tanti ambiti di quella che oggi chiamiamo scienza, già si erano cimentati con i principi di calore e temperatura cercando di spiegarne l’origine e il funzionamento. Empedocle fu uno dei primi a proporre una teoria molto conosciuta ormai ai molti, ovvero quella degli elementi classici: il fuoco, la terra, l’aria e l’acqua da cui tutta la materia dell’universo deriva. Aristotele ampliò questa visione conferendo ai quattro elementi le proprietà di caldo, umido, secco e freddo ponendo così le basi delle prime teorie sulla termodinamica che sorsero a metà XVIII secolo. Durante tale periodo nacquero la teoria del flogisto e del calorico, quest’ultimo veniva assimilato ad un fluido che passava da corpo a corpo producendo uno scambio di calore e cambi di temperatura. A fine Settecento un fisico italiano, Evangelista Torricelli, fornisce finalmente una definizione distinta per temperatura e calore che fino ad allora, e talvolta anche ai giorni nostri, venivano conflagrati come un unico fenomeno. Si dovrà attendere la metà del Ottocento con il fisico inglese James Prescott Joule per vedere porre le prime basi della termodinamica moderna e, soprattutto, alla fondazione di un principio che ha un enorme rilievo del mondo della manifattura e non solo, ovvero che qualsiasi quantità di lavoro meccanica possa essere totalmente convertita in calore.

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