Fisica: il principio zero della termodinamica

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Difficoltà: media
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Introduzione

Nell'Ottocento venne chiarito il concetto di temperatura. Chiariamo fin da subito che per "temperatura" non si intende un'idea soggettiva collegata alle percezioni sensoriali di caldo e freddo. La temperatura di un corpo, infatti, aumenta o diminuisce in base alle condizioni ambientali. Da questo primo concetto scaturisce il principio zero della termodinamica, il quale stabilisce che ogni corpo possiede una propria temperatura suscettibile alle variazioni ambientali; pertanto, due elementi macroscopici sono in equilibrio termico quando hanno la stessa temperatura. Se tali elementi raggiungono un equilibrio termico anche con un corpo "T", la loro temperatura corrisponderà a quest'ultimo. In fisica, i concetti appena esposti sono semplificabili con alcuni esempi. Vediamo quindi il principio zero della termodinamica.

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Occorrente

  • Due sistemi semplici con poche variabili termodinamiche
  • Un termometro
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L'equilibrio termico

Per spiegare il principio zero della termodinamica occorre partire da un esempio. Misurate la vostra temperatura corporea. In questo caso, il termometro e il corpo interagiscono per un certo periodo solitamente identificato in 5 minuti. Il tempo in questione consente al termometro di raggiungere la stessa temperatura del corpo umano, ed è in questo caso che si parla di "equilibrio termico". Entriamo nello specifico. In fisica si distinguono il "sistema aperto" e il "sistema chiuso". Il primo scambia sostanze con l'esterno, il secondo no, poiché il sistema termicamente isolato non scambia calore con l'ambiente circostante. In questo caso, la parete di confine si definisce "adiabatica". Infine, nel sistema energeticamente isolato non avvengono scambi di calore né scambi di energia.

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La temperatura di due sistemi

Secondo il principio zero della termodinamica due sistemi lontani non possono interagire tra loro, il che risulta abbastanza ovvio. In ogni caso è possibile stabilire ugualmente la loro temperatura, e per far ciò basterà confrontarli con un terzo corpo, il termometro. Per la proprietà transitiva della temperatura, tale strumento stabilisce un equilibrio tra i due corpi. L'equilibrio termico di sistema è molto semplice da stabilire, al contrario dell'individuazione delle variabili fisiche.

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L'attuazione del principio zero della termodinamica

Il principio zero della termodinamica si attua su un sistema semplice con poche variabili termodinamiche, mentre si riscontrano difficoltà per gli organismi viventi o nel caso di una macchina complessa. Pertanto, ogni sistema macroscopico richiede variabili diverse, senza dimenticare che per i corpi omogenei (gas, fluido liquido) la loro descrizione non è affatto semplice. Questo accade anche con il microcosmo, gli atomi e le molecole del corpo in esame. Pertanto, in fisica il principio zero della termodinamica non si può generalizzare. Abbiamo terminato la nostra guida sul principio zero della termodinamica. Per ulteriori informazioni consultare il link: http://online.scuola.zanichelli.it/amaldi-files/Cap_15/PrincipioZeroTermodinamica_Cap15_Par2_Amaldi.pdf.

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Consigli

Non dimenticare mai:
  • Per approfondire al meglio il principio zero della termodinamica, rivedere i concetti del primo e del secondo principio.
Alcuni link che potrebbero esserti utili:

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