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che cos'è La termodinamica che cos'è La termodinamica VERSO la seconda meta del socolo decimattavo, un ingegnere scozzese. Giacomo Watt (1736-1818), mise a punto una sua invenzione, la motrice a vapore Vaporizzando acqua in una caldaia, il vapore sotto pressione veniva mandato a muovere /entro un cilindro) uno stantuffo, il quale, tramite un meccanismo di biella e manovella, imprimeva a un albero d'acciaio un moto intorno al suo asse, capace di trasmettere lavoro meccanico (nel caso specifico, serviva per sollevare acqua dai pozzi delle miniere). Si era ottenuto in tal modo (dopo tentativi meno riusciti) di trasformare il calore (del focolare, sotto la caldaia), in lavoro. Questa invenzione 11769) fu il principio della -rivoluzione industriale-, cioè dell'uso crescente delle macchine (prima a vapore, poi d'ogni genere). Lo sviluppo delle industrie che ne seguì ebbe conseguenze importanti. Incomincio anche, allora o poco dopo, lo studio delle trasformazioni del calore in lavoro meccanico (e viceversa), cioè della termodinamica, una vasta scienza di cui possiamo qui indicare appena i due primi principi. Ad essa attese, tra altri, l'ufficiale francese Sadi Carnot (1796-1832), che ne scrisse sue Riflessioni sulla Potenza Motrice del Fuoco (1824), miranti a ottenere ur. miglior rendimento nelle motrici a vapore. Prevaleva allora l'idea che il calore fosse una sorta di fluido. La motrice sem¬ brava avere analogie con un mulino ed acqua: il fluido calorico, passando per la motrice, ne mette in moro il meccanismo, così come l'acqua fa girare la corona di pale del mulino (vedi P. W. Atkins, Il Secondo Principio, Zanichelli ed., Bologna 1988. L. 20.000). Sennonché, mentre l'acqua che paxsa per il mulino la si ritrova tutta, al termine del suo lavoro e percorso, non cosi e per il calore che passa per la motrice. L'idea che il calore fosse un fluido era antica. Oggi si pensa altrimenti: che il calore sia tutt'uno con il moto delle particelle che compongono la materia: noi lo avvertiamo come sensazione di più o meno caldo. Comunque, la termodinamica si sviluppò inizialmente prescindendo dall'idea, giusta o errata che fosse, sulla natura del calore. L'esperienza della motrice a vapore dimostrava che calore e lavoro meccanico potevano essere convertiti l'uno nell'altro. Anzi, l'inglese J. P. Joule (1818-1889) dimostrò, con accurati esperimenti, che quella conversione, in condizioni rigorose (senza dispersioni), avviene per quantità bene determinate. Una Caloria (il calore necessario a innalzare di un grado centigrado la temperatura di un litro, o chilogrammo, d'acqua) equivale al lavoro di 426,7 chilogrammi (di chi solleva di un metro più di quattro quintali). Questa equivalenze sembra stravagante: in realtà la trasformazione di calore in lavoro è sempre incompleta. Che il calore e il lavoro si equivalgono, che siano entrambi aspetti diversi dell'energia, è concetto indicato tradizionalmente come ■Primo Princìpio della Termodinamica-. Il -Secondo Principio della Termodinamicasi può enunciare in vari modi: che in una motrice (o altro motore termico) soltanto una parte del calore si può trasformare in lavoro (il resto va perduto, a questo effetto); che il calore non può passare spontaneamente da un corpo più freddo a imo più caldo, mentre passa da sé da uno più caldo a uno più freddo. L'esperienza, come lo studio di questi comportamenti, indicano che c'è un limite invalicabile alla frazione di calore che, in un motore termico, si può trasformare in lavoro meccanico. Il Carnot appunto ne diede un 'espressione matematica. Dobbiamo ricordare che nella motrice di Watt e nelle macchine termiche in genere (come il motore dell'automobile) operano vapori o gas caldi. Un fluido ad alta temperatura è immesso in un cilindro, o vi si forma bruciando, si espande, spingendo lo stantuffo o pistone e ne esce a temperatura più bassa. Da questo salto, (meglio se è forte) dipende il rendimento di un motore termico: il quale rendimento peraltro (cioè la percentuale di calore veramente trasformata in lavoro) è di solito basso, se confrontato con i rendimenti di motori di altra natura (idraulici o elettrici). Didimo