Termodinamica
La Termodinamica è quella parte della Fisica che studia, con un approccio classico tipicamente statistico, gli scambi di energia che hanno luogo durante un peto. Viene anche chiamata scienza dell'equilibrio poiché uno dei suoi fondatori, Rudolf Clausius, era solito studiare in equilibrio su un paio di trampoli da acrobata od anche su un mono-ciclo da clown[1].
Cenni storici
Sin dai tempi di Leonardo Da Vinci lo studio dei fenomeni termici, degli scambi di calore e di lavoro fra sistemi fisici era stato ignorato da tutti. Ma un bel giorno, all'inizio del diciottesimo secolo qualcuno comprese che era possibile estrarre energia da particolari sistemi fisici opportunamente congegnati per poi utilizzarla a fini lucrosi. Difatti in quegli anni, vedere dei pistoni scorrere su e giù all'interno di un cilindro era considerato particolarmente erotico, per cui i primi cicli termodinamici vennero sfruttati per far avere erezioni a vecchi nobili erotomani con la gotta.[Fonte non confermata]
Primi risultati empirici
Vari studiosi, nel corso degli anni, hanno dato un contributo irrilevante alla comprensione dei fenomeni termodinamici. Da prove empiriche e sperimentali, si riuscì ad enunciare per puro caso i primi principi diventati poi i cardini di questa scienza. In effetti a quel tempo le idee erano così confuse sulla Termodinamica che tutti enunciavano i principi a glandus segugi. Il Primo principio della termodinamica estende ai sistemi termodinamici la conservazione dell'energia, sancendo l'equivalenza fra lavoro e calore. L'espressione matematica è la seguente:
dove U è la vocale dello stupore e Q ed L sono rispettivamente il calore scambiato ed uno dei protagonisti di Death Note. Successivamente è stato poi enunciato il Secondo principio della termodinamica che stabilisce una ben precisa consecutio temporis nei fenomeni fisici di ogni giorno, tipicamente irreversibili. Esso è stato enunciato in vari modi:
- È impossibile realizzare una trasformazione che trasmuti l'acqua in vino (formulazione di Clausius).
- È impossibile realizzare una trasformazione ciclica che non abbia bisogno degli assorbenti una volta al mese (formulazione di Kelvin-Planck).
- Non è possibile realizzare una macchina termica il cui rendimento sia pari al 100% se hai le mani come i piedi
- In un sistema isolato l'entropia è una funzione crescente nel tempo ma non va ancora all'asilo[2].
Questi principi sono attualmente il fondamento della Termodinamica moderna ed hanno permesso di apprendere, almeno in via del tutto empirica, la fenomenologia fisica. Questo è un eufemismo prolisso ed abbastanza tedioso usato dai fisici per dire che all'epoca non si era capito un bel niente.
Applicazioni
Le prime applicazioni utili susseguitesi a questi primi risultati empirico-sperimentali furono dei motori che esplodevano alla prima accensione; fu così che vennero infatti inventati i pop-corn, con grande giubilo degli astanti. Un giorno, nelle pianure del Suffolk, in Inghilterra, si tentò di far funzionare la prima mietitrebbiatrice a motore a vapore; il risultato fu una terribile esplosione della macchina che tramutò il dolce mais in croccanti pop-corn ed uccise vari braccianti agricoli. Si tentò quindi di celebrare il funerale seduta stante dei poveretti deceduti e sommersi dall'enorme quantità di pop-corn nell'incidente ma il sacerdote chiamato a tenere la funzione religiosa dovette interromperla per via dell'intenso rumore di fondo provocato dal masticamento di massa[3]. Tra le applicazioni ricordiamo il Ciclo di Carnot, teorizzato da Sadi Carnot, il quale è un ciclo termodinamico che rende massima l'efficienza di una macchina termica che si basi su di esso, ma è di fatto irrealizzabile. L'invenzione di questo ciclo ebbe come unico risvolto la morte di Carnot, il quale si suicidò in seguito all'aver compreso che era impossibile riuscire ad estrarre lavoro da una macchina senza spendere energia. Successivamente, alla fine del diciannovesimo secolo, si riuscì ad immaginare altri due importanti cicli termodinamici, il Ciclo Otto, detto anche Ciclo di Beau de Rochas, formulato dall'ingegnere Nikolaus August Otto, ed il Ciclo Diesel, formulato da Rudolf Diesel; essi costituiscono il fondamento teorico su cui si basano gli odierni motori per trattori.
Termodinamica classica
L'approccio classico, quello che cioè non tiene minimamente conto delle correzioni apportate dai chimici in questo campo, può essere effettuato da due direzioni fra loro speculari: l'approccio empirico-sperimentale e l'approccio postulatorio. In entrambi i casi non si può assurgere ad avere una descrizione completa del fenomeno ma essa sarà tanto più precisa quanto più si è lontani da un buco nero.
Termodinamica empirico-sperimentale
L'approccio empirico-sperimentale si basa sul mettere miscele gassose e/o strani miscugli fluidi in contenitori stagni in cui ci sono pistoni e valvole strambe, il tutto in un laboratorio pieno di alambicchi ed un assistente gnocca. In pratica è il set di un film porno. Sostanzialmente questo approccio ha permesso di ricavare leggi pseudo sperimentali, cioè tali da approssimare dei punti sperimentali con una curva. Fra questi importanti risultati ricordiamo la Legge di Gay-Lussac e la Legge di Boyle, valide per il così detto gas perfetto, un modello termodinamico che ha posato, fra gli altri, anche per Calvin Klein.
Termodinamica postulatoria
La stessa cosa ma di più: Fluidodinamica.
L'approccio postulatorio è basato su una serie di posizioni logiche su cui è basata tutta una serie di conseguenze matematiche che a loro volta sono basate sulla compiacenza che ha un dato modello teorico ad adattarsi al problema esaminato. L'approccio postulatorio è però particolarmente utile in fluidodinamica, dove permette l'individuazione dei gradi di libertà, sia estensivi che intensivi nonché quelli specifici, del sistema termodinamico considerato, ad esempio un gas che si muove in un condotto, che tende sempre ad essere considerato in libertà vigilata. Consente per altro la chiusura del sistema di equazioni differenziali alle derivate parziali denominato Equazioni di Navier-Stokes nello studio dei fenomeni di trasferimento del calore mediante il meccanismo della convezione in una scatola nera dalla quale non potrà mai nuocere.
La termodinamica secondo la teoria dei giochi
La termodinamica è stata formulata in vari modi, da vari e immensi studiosi. La versione macchinistica (ad esempio, il secondo principio in versione macchinistica diventa: "Non puoi costruire un frigorifero che faccia solo il frigo; farà sempre qualcos'altro[4]"), la versione filosofica ("Aria calda in aria calda, tutto quanto è aria calda"), la versione culinaria "Se scaldi un acquario, ottieni zuppa di pesce; ma è assai difficile che raffreddando la zuppa di pesce torni a ottenere un acquario".
Particolarmente notevole è la versione pessimistica:
- Primo principio: "Non puoi vincere"
- Secondo principio: "Non puoi pareggiare"
- Terzo principio: "Non puoi ritirarti"
Termodinamica del non-equilibrio
La stessa cosa ma di più: Trasmissione del calore.
La termodinamica del non-equilibrio, nota anche come trasmissione del calore, è quella parte della termodinamica che non fa parte della termodinamica. Sostanzialmente, mediante leggi fenomenologiche, spiega come si trasmette energia sotto forma di calore fra le varie parti di un sistema termodinamico. I meccanismi sono sostanzialmente tre: Conduzione, Convezione ed Irraggiamento. In questa sede diremo solamente che si verifica un fenomeno di conduzione quando il calore viene condotto per mano verso il corpo nel quale sta fluendo, ravvisiamo perciò il pericolo di gravi ustioni; la convezione è invece una parola che mi ricorda vagamente la parola convenzione, ma non conosco il significato di entrambe; in ultima istanza si verificano fenomeni di irraggiamento quando si rimane incastrati nelle ruote di una bicicletta.
Note
- ^ Che c'è da ridere? Ogni scienziato che si rispetti ha un passatempo strano. Erwin Schrödinger giocava coi gatti ad esempio!
- ^ Quest'ultima interpretazione del terzo principio è stata formulata da Nernst in tempi molto più recenti; difatti esistevano già gli asili.
- ^ Fenomeno che tutt'ora si verifica nella maggior parte delle sale cinematografiche.
- ^ Il mio, ad esempio, gioca a carte con i cani del vicino.
Voci correlate
