Fisica: il primo principio della termodinamica

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Introduzione

In fisica, la Prima Legge della Termodinamica stabilisce che il calore è una forma di energia, e che i processi termodinamici sono quindi soggetti al principio di conservazione dell'energia. Ciò significa che l'energia termica non può essere creata o distrutta, ma può essere trasferito da una posizione all'altra e convertita da altre forme. La prima legge della termodinamica è quindi il principio dell'applicazione della conservazione dell'energia ai processi termici e termodinamici. Questa legge utilizza i concetti chiave di energia interna, calore e lavoro del sistema. È ampiamente utilizzata nella progettazione dei motori termici.

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Questo concetto può essere descritto attraverso una formula molto semplice: Δ E = Q - W, dove la variazione di energia (Δ E) in un sistema è uguale all'energia termica (Q), meno l'energia di lavoro (W). Se si verifica una perdita di energia termica, come quando viene bruciato un combustibile fossile, l'energia termica del sistema assumerà un valore negativo. Se invece l'energia del combustibile viene trasferita per creare il lavoro, la variazione totale di energia (Δ E) risulterà negativa e quindi pari alla quantità di energia di lavoro addizionata alla quantità di energia persa sotto forma di calore.

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Il lavoro e il calore sono due processi fisici reali di approvvigionamento o di rilascio dell'energia, mentre l'energia interna è un'astrazione matematica che tiene conto degli scambi di energia che avvengono nel sistema. Per questo motivo, per Q si intende la quantità di energia guadagnata o persa per conduzione di calore o per radiazione termica, senza fare riferimento ad una forma di energia all'interno del sistema. Allo stesso modo, per lavoro si intende la quantità di energia guadagnata o persa come risultato del lavoro stesso. L'energia interna è una proprietà del sistema, mentre il lavoro e il calore non lo sono.

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In sintesi, quindi, il primo principio della termodinamica afferma che, se un sistema perde energia, perderà anche il calore nell'ambiente circostante. In questo modo, come già accennato, l'energia non si crea e non si distrugge nel suo complesso. Il problema è che tutte le forme di energia sono diverse fra loro, quindi la quantità di energia utile potrà comunque risultare in diminuzione. È importante ricordare che, sebbene il primo principio della termodinamica dice che l'energia non può essere creata o distrutta, il concetto si intende applicato alla somma totale dell'energia.

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