Lo Sviluppo Storico

del Calore

Oggi noi conosciamo il calore come unagrandezza fisica che rappresenta l’energiatrasferita tra due corpi a causa della reciprocadifferenza di temperatura.

Il concetto di calore come forma di energia èstato introdotto da Mayer nel 1841 eapprofondito da Joule nel 1843. Prima diallora, il calore non aveva una chiaradefinizione e molte furono le ipotesi che nelcorso dei secoli scienziati e filosofi

avanzaronoper spiegare la natura del calore.

Nell’antichità il calore era identificato con il

Fuoco

Platone e AristotelePlatone (428-347 a.C) e Aristotele (384-322)sono i primi filosofi a ritenere che il calore fosseun 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.”

Da queste parole diPlatone ben si capisce cheegli attua una distinzionefra il calore e la materia delcalore, ovvero il fuoco chegenera il fumo.

Negli esempi di Platone tratti daquesta argomentazione

sull’immortalità dell’anima, ilcalore è una

proprietà del fuoco.

Senza questa proprietà il fuoconon sarebbe tale.

“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,”

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.

Georg Ernest Stahl è il medico e chimico tedesco che elaborò la teoria del flogisto. Era docente di medicina in una Università di Berlino.

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.

Cosa è responsabile della diversa

temperatura di due corpi?

Il Calorico 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.

Benjamin Thompson è stato un fisico inglese; la sua vita è piuttosto movimentata: fu spia, inventore, studioso e sognatore.

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 (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.

http://ww2.unime.it/weblab/ita/kim/joule/joule2_ita.htm

Ecco l’esperimento

di joule

Presentazione di Anna Maria Cavazzini

&Eleonora Gagliardi