Le trasformazioni dell’energia

Tutte le forme di energia possono trasformarsi le une nelle altre: bruciando carbone trasformiamo l’energia potenziale di tipo chimico in esso contenuta in energia termica (calore). Grazie alla macchina a vapore tale calore può, a sua volta, essere trasformato in energia cinetica, come per esempio accadeva per il movimento di una locomotiva nei vecchi treni a vapore.
La termodinamica è la scienza che studia le trasformazioni dell’energia in lavoro e viceversa. Si fonda su due principi validi solo nei sistemi chiusi come la Terra. La Terra è un sistema chiuso perché può scambiare energia con l’esterno, ma non può scambiare materia. Se non potesse scambiare neppure energia, sarebbe un sistema isolato. Scambiando anche materia diventerebbe un sistema aperto.
Primo principio della termodinamica
Esiste una legge di natura che limita le trasformazioni di energia: la legge della conservazione della materia, secondo cui l’energia non può essere né creata né distrutta (“nulla si crea e nulla si distrugge”). L’energia può trasformarsi da una forma ad un’altra, ma la somma delle diverse forme deve rimanere invariata. Dunque l’energia non si crea e non si distrugge, si trasforma: questo è ciò che afferma il primo principio della termodinamica.
Secondo principio della termodinamica
Mentre il primo principio della termodinamica riguarda il bilancio globale dell’energia, il secondo si occupa delle sue trasformazioni e della sua tendenza naturale ad andare verso forme degradate, non più utilizzabili. Più precisamente, il secondo principio della termodinamica comprende due formulazioni. Con la prima si afferma che i passaggi di calore avvengono sempre da un corpo più caldo a uno più freddo e mai viceversa. Nella seconda si scopre la tendenza naturale alla dispersione del calore, cioè l’impossibilità che tutto il calore di una sorgente si trasformi in lavoro. Ciò non vuol dire che la quantità totale d’energia presente nell’universo stia calando, ma che diminuisce la sua capacità di compiere lavoro.
La funzione termodinamica che misura il grado di dispersione dell’energia si chiama “entropia“. L’entropia dell’universo tende a crescere fino a uno stato di equilibrio in cui si ha la totale degradazione dell’energia corrispondente alla totale incapacità di compiere lavoro. Fortunatamente, i sistemi biologici sono sistemi aperti che, grazie all’immissione d’energia dall’esterno, riportano il bilancio energetico globale in positivo.

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