Lo Sviluppo Storico del Calore

Lo Sviluppo Storico
del
Calore
Oggi noi conosciamo il calore come una
grandezza fisica che rappresenta l’energia
trasferita tra due corpi a causa della reciproca
differenza di temperatura.
Il concetto di calore come forma di energia è
stato introdotto da Mayer nel 1841 e
approfondito da Joule nel 1843. Prima di
allora, il calore non aveva una chiara
definizione e molte furono le ipotesi che nel
corso dei secoli scienziati e filosofi avanzarono
per spiegare la natura del calore.
Nell’antichità il calore era
identificato con il
Fuoco
Platone e Aristotele
Platone (428-347 a.C) e Aristotele (384-322)
sono i primi filosofi a ritenere che il calore fosse
un concetto differente dal fuoco.
Platone è stato un filosofo
ateniese. Insieme al suo
maestro Socrate e al suo
allievo Aristotele ha posto
le basi del pensiero
filosofico occidentale.
Aristotele è stato uno
scienziato e filosofo greco
antico; è considerato una
delle menti filosofiche più
innovative e influenti del
mondo antico occidentale.
“Il fumo ed il calore,
che genera e regge
altre cose, è pur
desso generato dalla
lazione e fregazione.”
“Come il fuoco privato del
calore cessa di essere
fuoco,così la neve priva
del freddo cessa di essere
neve, così l’anima privata
della vita cesserebbe di
essere anima,”
Da queste parole di
Platone ben si capisce che
egli attua una distinzione
fra il calore e la materia del
calore, ovvero il fuoco che
genera il fumo.
Negli esempi di Platone tratti da
questa argomentazione
sull’immortalità dell’anima, il
calore è una proprietà del
fuoco.
Senza questa proprietà il fuoco
non sarebbe tale.
Il Calore per Aristotele era la cosa più importante
e dava la vita.
Egli sosteneva che gli individui di sesso maschile
contenessero molto calore perciò erano in grado
usare tutte le risorse del loro corpo e produrre
lo sperma.
La donna invece, non avendo abbastanza calore,
eliminava parte del sangue con il mestruo.
Aristotele pensava che lo sperma con il calore
agisse sul mestruo producendo l’embrione.
Quello stesso calore permetteva alla donna di
produrre il latte dopo il parto. In questo periodo,
spesso non si presentava la mestruazione
perché il sangue in eccesso era trasformato in
latte grazie al calore.
La teoria del Flogisto è stata ideata da Becher (1635-1682)
e successivamente elaborata da Stahl (1660-1734); essa
spiega i processi di ossidazione e combustione.
Il Flogisto ( dal greco fiamma ) era un qualcosa di cui erano
ricche tutte le sostanze infiammabili. Bruciando però, esse
perdevano la loro componente flogistica: il flogisto si
disperdeva all’esterno attraverso la fiamma.
“ Tuttavia al di fuori della mistione
non produce fuoco ma si dissipa e si
volatizza in particelle invisibili o,
perlomeno, produce semplicemente del
calore, che è fuoco invisibile e molto
diviso.”
Da queste parole di Stahl si comprende che egli ritiene il
calore una tipologia particolare di fuoco.
Georg Ernest Stahl è
il medico e chimico
tedesco che elaborò
la teoria del flogisto.
Era docente di
medicina in una
Università di Berlino.
Cosa è
responsabile
della diversa
temperatura di
due corpi?
Calorico
Il
ovviamente!
Esso è un fluido elastico,
indistruttibile, senza peso
ma che occupa uno spazio e
può:
muoversi spontaneamente
dai corpi nei quali è più
concentrato a quelli nei
quali lo è di meno,
penetrare nei corpi che
vengono riscaldati e uscire
da quelli che vengono
raffreddati.
La Teoria del CALORICO
Nel 1700, Lavoisier ( 1743-1794) e altri accademici francesi come Fourier, Laplace e
Poisson, introducono la teoria del calorico.
A sostegno di questa vengono elaborati diversi modelli, e numerosi sono gli scienziati che
compiono studi sul calorico; uno di questi è Laplace.
Pierre de Simon Laplace studiò il comportamento del calorico nei gas. Secondo il suo
modello, ogni particella di gas era circondata da uno strato di calorico. Le Particelle
quindi muovendosi e scontrandosi fra loro acquistavano o cedevano calorico variando
così le loro proprietà termiche.
Pierre de Simon Laplace, marchese di
Laplace, è stato un matematico, fisico e
astronomo nobile francese.
Nessuno però era mai riuscito a isolare il calorico per analizzarlo e
studiarlo; ecco quindi che il teorico comincia ad essere messo in
dubbio all’inizio dell’800.
I primi a farlo sono Herapath (1790-1868), Carnot
(1796-1832) e Clapeyron. Le loro scoperte però non
vengono tenute molto in considerazione nel campo
della fisica e vengono rivalutate solo alla fine sell’800.
Herapath fu uno dei primi a respingere le ipotesi sul
calorico basando i propri studi sul gas inteso come
insieme di corpuscoli.
Carnot è il primo a stabilire una somiglianza fra la
caduta di una massa d’acqua e il trasferimento di una
quantità di calorico tra sorgenti con temperature
differenti.
Nicolas Léonard Sadi
Carnot era figlio del
tenente francese Lazare
Carnot; è stato fisico,
ingegnere e
matematico francese. A
lui si devono importanti
contributi alla
termodinamica teorica.
Carnot osservò che nel mulino la ruota compie un lavoro; a muovere la ruota è
l’acqua che si trova nella parte superiore: questa, una volta arrivata nella parte
bassa, non può più fornire un lavoro utile. Allo stesso modo il calorico
all’interno di un motore, era in grado di produrre lavoro scorrendo da un livello
di temperatura maggiore a uno minore.
E così anche il calorico, nello stesso modo dell’acqua non poteva scorrere
all’indietro ovvero passare da un corpo freddo a uno caldo. Attualmente questo
è considerato il secondo principio della termodinamica, ed è un assioma.
“ Molti fatti sperimentali sembrano pressochè inspiegabili
nello stato attuale di questa teoria”
Affermò Carnot mostrando una certa perplessità sulla
teoria del calorico.
Gli studi di Carnot riguardano soprattutto il
funzionamento dei motori termici e i movimenti di una
macchina: essi sono fondamentali per comprendere la
definizione di energia come capacità di produrre
lavoro.
Anche Joseph Black (1728-1799) diede un contributo fondametale agli studi sul calore;
con le sue ultime scoperte mise in crisi definitivamente la teoria del calorico.
Inizialmente egli
sosteneva la teoria del
calorico: aveva infatti
osservato che se si univa
acqua gelata ad acqua
bollente la nuova miscela
aveva temperatura
intermedia. Parte del
calorico dell’acqua
bollente era passato
nell’acqua gelata.
Egli definì poi il concetto di
CALORE SPECIFICO. Scaldò
infatti con due fiamme
identiche uguali quantità di
acqua e mercurio e si accorse
che il mercurio si scaldava
molto più in fretta.
Definì quindi il calore specifico
come la quantità di calore
necessaria a fare aumentare
di 1 grado la temperatura di
un grammo d’acqua di un
sostanza.
Inseguito mischiò una stessa
quantità di acqua calda e
mercurio freddo: la miscela
ottenuta aveva temperatura
più vicina a quella iniziale
dell’acqua. Da ciò capì che
due quantità uguali di
sostanze diverse portate alla
stessa temperatura
contengono quantità di
calorico diverse. Con Black
nasce anche il concetto di
CAPACITA’ TERMICA.
Infine Black, studiando i passaggi di
stato, mise in dubbio la teoria del
calorico. Si accorse infatti che
scaldando acqua e ghiaccio, la
temperatura del sistema rimaneva
costante fino a quando tutto il
ghiaccio non si era sciolto. Definì
quindi il CALORE LATENTE (ovvero
nascosto perché non si manifesta
sotto forma di temperatura) come
la quantità di calore necessaria per
modificare lo stato fisico dell’unità
di massa di una data sostanza a
temperatura costante.
Joseph Black è stato un
chimico e fisco
scozzese. E’ stato
professore di medicina
all’Università di
Glasgow.
Humphry Davy
è stato un
importante
chimico inglese.
Benjamin Thompson è
stato un fisico inglese; la
sua vita è piuttosto
movimentata: fu spia,
inventore, studioso e
sognatore.
Benjamin Thompson (1753-1814) elaborò una nuova teoria sulla natura del calore.
Nel 1798 assistì all’alesatura (processo di correzione) delle canne di cannoni in una fabbrica di
monaco. Egli si stupì per le altissime temperature nelle quali queste operazioni avevano luogo, e
si chiese da dove poteva provenire tutto quel calore.
Era chiaro che non proveniva né dalle canne né dai trucioli staccati: Thompson potè quindi
affermare che il calore non poteva essere un fluido che si trasferiva da un corpo più caldo a uno
più freddo. Egli giunse alla conclusione che il calore derivava dalla vibrazione del metallo dalla
canna e dall’attrito che si produceva fra il trapano e il metallo.
Secondo Thompson
il calore non era un fluido o una sostanza materiale
ma una vibrazione.
L’anno seguente Humphry Davy (1778-1829) fece un esperimento molto
significativo che confermò l’idea di Thompsom.
Egli, attraverso un attrezzo meccanico, strofinò due cubetti di ghiaccio con
temperatura minore rispetto a quella di congelamento e si accorse che, con lo
strofinio, parte del ghiaccio si scioglieva.
In questo modo Davy confermò che il calore (che in questo caso permetteva lo
sciogliersi del ghiaccio) derivava da una vibrazione.
A determinare l'equivalente
meccanico del calore è James Joule
con un dispositivo chiamato mulinello
di joule.
Egli arriva alla conclusione che 1 cal =
4,41 J che è un valore di grande
precisione per l'epoca. Il valore attuale
è 1 cal = 4,1855 J.
Joule determina poi che l'energia,
passando da una forma all'altra, non
veniva nè creata nè distrutta. Da ciò
deriva il primo principio della
termodinamica: l'energia non si crea e
non si distrugge.
Ecco
l’esperimento
di joule
http://ww2.unime.it/weblab/ita/kim
/joule/joule2_ita.htm