L’energia è la capacità di un corpo o di un sistema di cambiare nel tempo: chi ha più energia cambia più velocemente. Si misura in joule (J), e questa unità porta il nome di uno degli sperimentatori più tenaci dell’Ottocento. La storia di come si arrivò a capire che il calore e il lavoro meccanico sono due facce della stessa grandezza — l’energia — è un episodio decisivo della fisica moderna.
Joule, il birraio che scoprì l'energia
James Prescott Joule (1818–1889) non era un accademico, ma il figlio di un ricco birraio di Manchester. La sua ossessione per la precisione delle misure, sviluppata nel controllo della temperatura della birra, lo portò a costruire un celebre apparato: un sistema di pale rotanti azionate da pesi in caduta agitava l’acqua in un contenitore isolato. Misurando con estrema cura il riscaldamento dell’acqua, Joule dimostrò che una quantità fissa di lavoro meccanico produce sempre la stessa quantità di calore: (Simonyi 2012, cap. 4).
Il suo primo rapporto fu accolto con completa indifferenza, tranne che da un giovane entusiasta, William Thomson, il futuro Lord Kelvin, che, pur scettico, intuiva l’importanza della scoperta (Simonyi 2012, p. 377).
Indipendentemente, il medico tedesco Julius Robert Mayer (1814–1878) era giunto alla stessa conclusione già nel 1842: aveva notato che il sangue venoso dei marinai nei tropici era di un rosso più acceso, segno che il corpo bruciava meno cibo per mantenersi caldo. Il suo articolo fu però rifiutato dagli Annalen der Physik per lo stile troppo filosofico (Simonyi 2012, pp. 376–377).
La misura di Joule, un fattore di conversione fisso tra caloria e joule, è ciò che chiamiamo equivalente meccanico del calore. Il suo significato profondo è che il calore non è una sostanza a sé (il vecchio “calorico”), ma una forma di energia: il lavoro meccanico speso dai pesi in caduta non scompare, si ritrova integralmente come riscaldamento dell’acqua. È il primo mattone del principio di conservazione dell’energia.
Collegamenti
Argomenti: Lavoro ed energia Concetti: Energia termica da attrito · Conservazione dell’energia meccanica Competenze: Bilancio energetico a bolle
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