Dubbi sulla natura di calore e lavoro (Termodinamica)
Salve a tutti, mi farebbe molto piacere se qualcuno potesse chiarire un mio dubbio di natura teorica. Non riesco a capire esattamente quale sia la differenza tra calore e lavoro e se siano le uniche forme che l'energia in transito da un sistema all'altro può assumere. Sto studiando adesso il primo principio della termodinamica e il mio libro di fisica dice che:
1) Calore e lavoro sono entrambi energia che si muove da un sistema all'altro.
2) Il lavoro riguarda l'azione di una forza che fa spostare un corpo.
3) Il calore riguarda invece il raggiungimento spontaneo dell'equilibrio termico dove ci sono dislivelli di temperatura.
4) La differenza di energia interna tra due stati di un sistema è dovuta unicamente al calore scambiato tra il sistema e l'ambiente e al lavoro svolto dal sistema sull'ambiente o viceversa.
Io ho i seguenti dubbi:
1) Quale è l'esatta differenza tra calore e lavoro? La temperatura non è forse misura dell'energia cinetica delle molecole di un corpo? Se è così per quale ragione dobbiamo definire il concetto di calore? Non basta dire che le molecole disperdono la propria energia cinetica compiendo lavoro su quelle circostanti finché non si arriva ad uno stato di equilibrio in cui tutte le molecole hanno la stessa energia cinetica? Fare passare calore da un corpo ad un altro non è essenzialmente compiere lavoro su di esso?
2) Calore e lavoro sono davvero gli unici due modi di trasferire energia da un sistema ad un altro? Se è così, l'energia che le radiazioni solari passano ad una pianta per esempio, permettendole di crescere e compiere lavoro meccanico sul terreno in cui affonda le radici, in che modo viene trasferita? Calore o lavoro?
Sono domande che mi sto ponendo da un po' do tempo e non riesco a trovare da nessuna parte la soluzione.
1) Calore e lavoro sono entrambi energia che si muove da un sistema all'altro.
2) Il lavoro riguarda l'azione di una forza che fa spostare un corpo.
3) Il calore riguarda invece il raggiungimento spontaneo dell'equilibrio termico dove ci sono dislivelli di temperatura.
4) La differenza di energia interna tra due stati di un sistema è dovuta unicamente al calore scambiato tra il sistema e l'ambiente e al lavoro svolto dal sistema sull'ambiente o viceversa.
Io ho i seguenti dubbi:
1) Quale è l'esatta differenza tra calore e lavoro? La temperatura non è forse misura dell'energia cinetica delle molecole di un corpo? Se è così per quale ragione dobbiamo definire il concetto di calore? Non basta dire che le molecole disperdono la propria energia cinetica compiendo lavoro su quelle circostanti finché non si arriva ad uno stato di equilibrio in cui tutte le molecole hanno la stessa energia cinetica? Fare passare calore da un corpo ad un altro non è essenzialmente compiere lavoro su di esso?
2) Calore e lavoro sono davvero gli unici due modi di trasferire energia da un sistema ad un altro? Se è così, l'energia che le radiazioni solari passano ad una pianta per esempio, permettendole di crescere e compiere lavoro meccanico sul terreno in cui affonda le radici, in che modo viene trasferita? Calore o lavoro?
Sono domande che mi sto ponendo da un po' do tempo e non riesco a trovare da nessuna parte la soluzione.
Risposte
"riccardocrescenzi":
1) Quale è l'esatta differenza tra calore e lavoro? La temperatura non è forse misura dell'energia cinetica delle molecole di un corpo? Se è così per quale ragione dobbiamo definire il concetto di calore? Non basta dire che le molecole disperdono la propria energia cinetica compiendo lavoro su quelle circostanti finché non si arriva ad uno stato di equilibrio in cui tutte le molecole hanno la stessa energia cinetica? Fare passare calore da un corpo ad un altro non è essenzialmente compiere lavoro su di esso?
La risposta breve, forse non super rigorosa nella terminologia, (ma essere super rigorosi è difficile quando si tratta di definire questi concetti di base quali calore energia e lavoro), a tutte queste domande è che calore e lavoro hanno sì entrambe la stessa natura, ma la loro "qualità" è diversa.
Il lavoro puoi pensarlo come una forma nobile ed ordinata di energia, mentre il calore è una forma disordinata. Il lavoro infatti è teoricamente tutto utilizzabile, mentre il calore no: solo una parte può essere infatti convertita in lavoro, quindi in qualcosa di utilizzabile direttamente (a meno che ovviamente l'utilizzo non sia semplicemente "scaldare").
Questo si riflette nei due principi della termodinamica: il primo ti dà la "quasi" equivalenza tra calore e lavoro, il secondo ti dà una distinzione qualitativa, specificando che non è possibile convertire totalmente calore in lavoro, senza alcun altro effetto sull'universo.
"riccardocrescenzi":
2) Calore e lavoro sono davvero gli unici due modi di trasferire energia da un sistema ad un altro? Se è così, l'energia che le radiazioni solari passano ad una pianta per esempio, permettendole di crescere e compiere lavoro meccanico sul terreno in cui affonda le radici, in che modo viene trasferita? Calore o lavoro?
In questo esempio il discorso è un po' diverso, la pianta infatti non usa direttamente il calore solare, ma è piuttosto una macchina chimica che immagazzina, tramite la fotosintesi, la radiazione solare che poi utilizza per tutte le sue funzioni vitali. Insomma non va pensata come una macchina termica che converte calore in lavoro, ma piuttosto come una cella fotovoltaica che converte la radiazione solare in energia (elettrica nel caso della cella fotovoltaica, chimica nel caso della pianta).
Ora mi è tutto più chiaro, grazie mille 
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