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Come il lavoro, la quantità di calore è una forma di energia scambiata durante una trasformazione.
In meccanica, il lavoro (per le forze conservative) corrisponde alla variazione dell'energia potenziale:
L= -Δ V (lavoro fatto dal sistema, come indica il segno -)
L'energia potenziale V dipende dallo stato del sistema, ad esempio dalla quota a cui si trova una mela prima di staccarsi e cadere. Diciamo che V è una funzione di stato. Nel caso conservativo, il lavoro corrisponde alla variazione dell'energia potenziale e non dipende dal cammino percorso.
In termodinamica, la legge di conservazione (C₁ + C₂)T = C₁T₁ + C₂T₂, ci induce ad ipotizzare l'esistenza di una funzione di stato U le cui variazioni corrispondano agli scambi di calore
Q= Δ U (calore ceduto al sistema, come indica il segno +)
Questa funzione di stato U venne chiamata fluido calorico. In un secondo momento fu reinterpretata come energia interna del sistema.
Il modello del fluido calorico spiega molto bene gli scambi di calore. Il motivo per cui fu abbandonato è che non spiega i collegamenti con la meccanica. Bisogna ricordare che la termodinamica si sviluppò in un periodo in cui la comunità fisica non era affatto convinta dell'esistenza degli atomi. Nella seconda metà dell' '800 le cose cambiarono grazie alla spinta della comunità dei chimici. Vennero scoperti, grazie all'invenzione dell'elettrolisi, quasi tutti gli elementi chimici, mostrando come la materia fosse costituita da atomi.
Un gruppo di fisici tra cui Boltzman e Maxwell, riuscì a dare una interpretazione microscopica delle leggi della termodinamica, fatte risalire al movimento degli atomi. Vedremo a breve come.
Nel modello del fluido calorico, si suppone che ogni corpo contenga al suo interno una specie di liquido, detto calorico. Mettendo in contatto termico due corpi, il fluido in eccesso in uno si riversa nell'altro come in dei vasi comunicanti.
In questo schema, possiamo rappresentare i corpi come dei contenitori, la cui altezza è la temperatura e la cui base è la capacità termica. L'area di questi rettangoli rappresenta quantità di calorico contenuta nel corpo.
La legge di conservazione è
Fluido(recipiente1) + Fluido(recipiente2) = Fluido(totale)
cioè
Area(rettangolo1) + Area(rettangolo2) = Area(totale)
cioè
C₁T₁ + C₂T₂ = (C₁ + C₂)T
Naturalmente non bisogna confondere la forma fisica dei corpi con la forma del "recipiente" nel piano capacità termica - temperatura.
Il modello si generalizza facilmente ad una situazione in cui la capacità termica dipende dalla temperatura: si tratta di un "contenitore" in cui la sezione (la capacità termica) varia al variare dell'altezza (la temperatura), cioè di un vaso con una forma non necessariamente rettangolare.
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