In questo articolo andremo ad introdurre i concetti di base di termodinamica ed energia, in modo da fornire le conoscenze di base di questa tematica.

La termodinamica ed energia sono delle nozioni che molto frequentemente si incontrano nel percorso universitario di ingegneria, per questo motivo necessitano un approfondimento.

L’energia, nella fisica, può assumere diverse forme, ovvero: l’energia termica, l’energia potenziale, l’energia cinetica, elettrica, magnetica, etc.

Se si vuole dare una definizione generale di energia, si può dire che è la capacità di produrre cambiamenti.

Invece, la termodinamica viene definita come la scienza che studia l’energia, derivando dalle parole greche calore e potenza.

In questo contesto è utile ricordare il principio di conservazione dell’energia, ossia durante uno scambio energetico, l’energia può trasformarsi da una forma all’altra, rimanendo nel complesso costante.

Il principio di conservazione dell’energia è strettamente connesso, al primo principio della termodinamica, quest’ultimo afferma che l’energia non può essere né creata né distrutta, ma può solo cambiare forma.

Il secondo principio della termodinamica afferma che le trasformazioni procedono secondo un certo verso e l’energia possiede qualità e quantità.

In altre parole, risulta essere impossibile realizzare una trasformazione, avente come unico risultato quello di trasferire calore da un corpo più freddo a uno più caldo, senza l’aiuto di un lavoro esterno.

Dove per lavoro si intende il trasferimento di energia associato all’effetto di una forza e di uno spostamento.

L’unità di misura del lavoro è il joule indicato con la lettera (J), essendo una grandezza derivata, si ha che:

1 J = 1 N x 1 m

Dove:

J è il joule;

N è il Newton;

m è il metro.

Nell’ ambito della termodinamica, assumono particolare interesse i motori termici, i quali hanno il compito di convertire il calore in lavoro, più in particolare le fasi sono:

  • Ricevere il calore da una sorgente ad alta temperatura;
  • Convertire il calore in lavoro;
  • Cedere parte del calore ricevuto ad un pozzo posto a una temperatura più bassa.

Ovviamente, per il primo principio della termodinamica, è impossibile realizzare una macchina termica con rendimento pari a 1 (100%).

Bibliografia:

Yunus A. Cengel, Termodinamica e trasmissione del calore, McGraw-Hill Edizioni, anno 2005.