Primo principio termodinamica e conservazione energia
Salve, stavo cercando di comprendere il collegamento fra il primo principio della termodinamica ed il principio di conservazione dell'energia. Quello che penso è questo.
Se prendiamo un sistema termodinamico chiuso, la differenza tra il calore ed il lavoro scambiati dipende soltanto dagli stati iniziale e finale; il verificarsi di questo fatto porta a concludere che deve esistere una funzione del solo stato del sistema termodinamico, detta energia interna, la cui variazione è appunto pari alla differenza tra il calore ed il lavoro scambiati. Fin qui ci sono. Ora perchè si dice che il primo principio della termodinamica permette di estendere a qualunque sistema termodinamico il principio di conservazione dell'energia, che in meccanica era valido soltanto per corpi "immersi" in campi di forze conservativi?
Provo a rispondere. Il primo principio della termodinamica ammette l'esistenza di una energia "interna" ad ogni corpo, data da diversi contributi quali l'energia cinetica delle molecole, la loro energia potenziale ecc... Probabilmente prima dello studio della termodinamica si pensava che le uniche forme di energia che un corpo possedeva fossero le energie "macroscopiche" quali quella potenziale e quella cinetica. Non si pensava che un corpo potesse avere anche un'energia interna, dovuta ai moti vibrazionali delle particelle che lo compongono. Dunque, il contenuto di energia di un corpo si riduceva alla sola energia potenziale e cinetica macroscopiche. Quando il corpo si muove entro campi non conservativi, l'energia meccanica viene dissipata a causa dell'azione su di esso di forze non conservative. Inoltre, il fatto che non si pensasse ad alcuna energia interna al corpo portava immediatamente a concludere che l'energia meccanica in questo caso non si conservava.
Ora, il primo principio della termodinamica e la scoperta dell'esistenza (tramite gli esperimenti sul calore e lavoro scambiati) di un'energia interna al corpo, ha rappresentato una svolta nella fisica in quanto in questo modo è possibile estendere il principio di conservazione dell'energia meccanica anche a sistemi termodinamici in moto in campi non conservativi, nel senso che l'energia meccanica "macroscopica" del corpo che viene dissipata dalla forza non conservativa sì diminuisce, ma viene compensata da un aumento dell'energia meccanica "microscopica" in maniera tale che l'energia meccanica totale, data dalla somma dell'energia meccanica macroscopica e microscopica si conserva comunque. L'aumento dell'energia meccanica microscopica, cioè dell'energia interna del corpo in questione, qualora siano assenti scambi di calore con l'esterno è pari al lavoro fatto dalla forza dissipativa agente sul corpo (per il primo principio). In poche parole, se butto un sasso dalla finestra e vado a misurare l'energia meccanica interna del sasso poco prima dell'impatto con il terreno, tale valore è aumentato rispetto all'inizio. La forza di attrito dell'aria ha impedito la conservazione dell'energia meccanica macroscopica del sasso, ma ne ha aumentato il contenuto meccanico microscopico in maniera tale che l'energia meccanica totale del sasso si conservi comunque.
Sono giuste queste considerazioni?
Grazie
Se prendiamo un sistema termodinamico chiuso, la differenza tra il calore ed il lavoro scambiati dipende soltanto dagli stati iniziale e finale; il verificarsi di questo fatto porta a concludere che deve esistere una funzione del solo stato del sistema termodinamico, detta energia interna, la cui variazione è appunto pari alla differenza tra il calore ed il lavoro scambiati. Fin qui ci sono. Ora perchè si dice che il primo principio della termodinamica permette di estendere a qualunque sistema termodinamico il principio di conservazione dell'energia, che in meccanica era valido soltanto per corpi "immersi" in campi di forze conservativi?
Provo a rispondere. Il primo principio della termodinamica ammette l'esistenza di una energia "interna" ad ogni corpo, data da diversi contributi quali l'energia cinetica delle molecole, la loro energia potenziale ecc... Probabilmente prima dello studio della termodinamica si pensava che le uniche forme di energia che un corpo possedeva fossero le energie "macroscopiche" quali quella potenziale e quella cinetica. Non si pensava che un corpo potesse avere anche un'energia interna, dovuta ai moti vibrazionali delle particelle che lo compongono. Dunque, il contenuto di energia di un corpo si riduceva alla sola energia potenziale e cinetica macroscopiche. Quando il corpo si muove entro campi non conservativi, l'energia meccanica viene dissipata a causa dell'azione su di esso di forze non conservative. Inoltre, il fatto che non si pensasse ad alcuna energia interna al corpo portava immediatamente a concludere che l'energia meccanica in questo caso non si conservava.
Ora, il primo principio della termodinamica e la scoperta dell'esistenza (tramite gli esperimenti sul calore e lavoro scambiati) di un'energia interna al corpo, ha rappresentato una svolta nella fisica in quanto in questo modo è possibile estendere il principio di conservazione dell'energia meccanica anche a sistemi termodinamici in moto in campi non conservativi, nel senso che l'energia meccanica "macroscopica" del corpo che viene dissipata dalla forza non conservativa sì diminuisce, ma viene compensata da un aumento dell'energia meccanica "microscopica" in maniera tale che l'energia meccanica totale, data dalla somma dell'energia meccanica macroscopica e microscopica si conserva comunque. L'aumento dell'energia meccanica microscopica, cioè dell'energia interna del corpo in questione, qualora siano assenti scambi di calore con l'esterno è pari al lavoro fatto dalla forza dissipativa agente sul corpo (per il primo principio). In poche parole, se butto un sasso dalla finestra e vado a misurare l'energia meccanica interna del sasso poco prima dell'impatto con il terreno, tale valore è aumentato rispetto all'inizio. La forza di attrito dell'aria ha impedito la conservazione dell'energia meccanica macroscopica del sasso, ma ne ha aumentato il contenuto meccanico microscopico in maniera tale che l'energia meccanica totale del sasso si conservi comunque.
Sono giuste queste considerazioni?
Grazie
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