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Primo principio della termodinamica

Il primo principio della termodinamica fornisce una precisa definizione del calore, un altro termine di frequente uso comune. Quando un corpo viene posto a contatto con un altro corpo relativamente più freddo, si verifica una trasformazione che porta a uno stato di equilibrio, nel quale le temperature dei due corpi sono uguali. Per spiegare questo fenomeno, gli scienziati del XVIII secolo ipotizzarono l’esistenza di una sostanza, il “calorico”, che si sarebbe trasferita dal corpo più caldo a quello più freddo. Questa sostanza ipotetica era immaginata essere un fluido capace di muoversi attraverso la materia. Il primo principio della termodinamica invece identifica il calore non con una sostanza materiale, ma con una forma di energia, che può essere convertita in lavoro meccanico e immagazzinata. È stato dimostrato sperimentalmente che il calore, misurato originariamente in calorie, e il lavoro o l’energia, misurati in joule, sono completamente equivalenti. Ogni caloria equivale a 4,186 joule.

Il primo principio è dunque un principio di conservazione dell’energia. Esso afferma che, poiché l’energia non può essere né creata né distrutta, la somma della quantità di calore ceduta a un sistema e del lavoro eseguito su di esso deve corrispondere a un aumento dell’energia interna del sistema stesso. Calore e lavoro sono le grandezze fisiche attraverso cui i sistemi si scambiano energia.

In ogni macchina termica, una certa quantità di energia viene trasformata in lavoro: non può esistere alcuna macchina che produca lavoro senza consumare energia. Una simile macchina, se esistesse, produrrebbe infatti il cosiddetto “moto perpetuo di prima specie”. Un’altra formulazione della prima legge della termodinamica è infatti che non esistono macchine capaci di svolgere un moto perpetuo di prima specie.