La termodinamica è una scienza che descrive le leggi del trasferimento di energia termica da un corpo all’altro. Con tale transizione è possibile convertire parte dell’energia termica in lavoro utile.
Pertanto, la termodinamica è la base per i calcoli di qualsiasi motore termico: dai motori a vapore ad alcuni fantastici razzi fotonici. Sì, sì, non stupirti, anche quando voli nello spazio, la termodinamica è indispensabile!
La termodinamica ebbe origine nel XVIII secolo con i primi motori a vapore funzionanti. In meno di cento anni sono stati sviluppati tre postulati fondamentali che sono alla base di questa scienza, che sono chiamati le leggi (o principi) della termodinamica. Le leggi della termodinamica sono una sorta di assiomi che sono una generalizzazione di una vasta esperienza ingegneristica. Pertanto, sono accettati senza prove. La domanda "perché?" per gli assiomi, come è noto, non è consuetudine specificare. Ecco perchè!
La termodinamica considera i sistemi termodinamici, cioè i sistemi che hanno, tra le altre cose, una certa quantità di energia interna, che nella vita di tutti i giorni chiamiamo calore. La prima legge della termodinamica è la legge di conservazione dell’energia per tali sistemi. Secondo questa legge, un sistema termodinamico può svolgere lavoro utile solo per la sua energia interna o per l’afflusso di energia dall’esterno.
La seconda legge della termodinamica determina la direzione di transizione dell’energia interna tra i sistemi termodinamici. Secondo questa legge, l’energia interna (cioè il calore) può trasferirsi spontaneamente in una sola direzione: da un corpo con più energia interna a un corpo con meno energia. Cioè, il calore stesso può passare solo da un corpo più caldo a un corpo più freddo. Con una tale transizione, parte dell’energia termica può essere convertita in lavoro utile con l’ausilio di motori termici appositamente progettati. La percentuale di energia interna convertita in lavoro utile si chiama coefficiente di efficienza.
La seconda legge della termodinamica non contraddice l’esistenza di frigoriferi e condizionatori d’aria. In effetti, per raffreddare un oggetto, cioè per trasferire il suo calore a un oggetto più caldo, è necessario spendere energia. In parole povere, qualsiasi dispositivo di raffreddamento non funzionerà da solo. Per fare ciò, è necessario collegarlo alla rete elettrica.
Sia la prima che la seconda legge della termodinamica sembrano ovvie. Come inventare e calcolare motori termici efficienti (o frigoriferi) con l’aiuto di queste ovvie leggi non si può dire su "una gamba sola". Pertanto, prendi un libro di testo e "rosicchia il granito della scienza"!