COPERTINA
ALCUNE DEFINIZIONI
(VEDI TERMODINAMICA PARAGRAFO TEORIA CINETICA DEI GAS)
CALORE: è una delle forme di energia, dipendente dallo stato di agitazione delle particelle che compongono i corpi. Nei solidi il calore è legato alla ampiezza della oscillazione degli atomi intorno alla loro posizione media nel reticolo cristallino. Nei fluidi il calore è legato alla energia cinetica delle molecole. Il moto degli atomi e delle molecole a sua volta è legato alla fornitura ( o sottrazione ) di quanti di energia(*). Il calore quindi in definitiva è un indice della portata di quanti di energia incidenti sulla materia.
TEMPERATURA: nei solidi è una misura della frequenza di oscillazione degli atomi. Nei fluidi è una misura della velocità delle molecole. In generale la temperatura è un indice della densità di quanti di energia incidenti sulla materia.
PRESSIONE: per i solidi la pressione ha senso solo come rapporto fra il peso e la superficie sulla quale esso agisce. Nei fluidi: le molecole nel loro eterno, disordinato moto, si "urtano" fra loro e "urtano" contro le pareti dei contenitori. La pressione esercitata è una misura dell'energia cinetica comunicata da particella mobile a particella mobile, ovvero alle particelle del contenitore.
La parola "urto" è stata usata in senso figurato. Infatti gli atomi si presentano verso l'esterno come generatori di campi elettro - magnetici di uguale segno, per cui fra loro si sviluppano forze di repulsione, tanto più grandi quanto minore è la reciproca distanza. Ne segue che il "contatto d'urto" avviene in realtà fra campi di forza e non fra particelle materiali.
ENERGIA CINETICA: rappresenta una delle forme più comuni di energia e dipende da due soli parametri: la massa e la velocità. Se il moto è rettilineo la sua espressione elementare è:
Ec = m v2 / 2
nella quale m è la massa del corpo in moto e v la sua velocità.
L'espressione è di grande importanza applicativa poiché mostra come tale energia sia funzione del quadrato della velocità, la quale quindi assume valore prevalente rispetto alla massa. Da ciò segue ad esempio l'effetto che hanno i proiettili i quali non devono in generale avere grande massa (più prosaicamente peso) ma piuttosto grande velocità. Per converso la caduta sulla Terra di meteoriti anche piccoli può portare a gravi conseguenze poiché durante la caduta essi acquistano grande velocità.
ENERGIA POTENZIALE: è una forma di energia legata alla presenza di almeno due masse in quanto è una diretta conseguenza dell'attrazione gravitazionale universale: data la forza
F = k m1 m2 / r2
dove k è una costante universale, m1 e m2 sono le masse fra le quali si esercita la forza F ed r la loro distanza reciproca, è facile dedurre che è presente una energia nascosta (potenziale) che si manifesta non appena si verificano le opportune condizioni, come per esempio il dissolversi dei vincoli. Basti pensare ad una pietra appoggiata su una montagna, che è il suo vincolo, non appena essa viene messa in moto: l'energia inizialmente nascosta si manifesta trasformandosi in energia cinetica, con effetti talvolta disastrosi.
Sulla Terra una massa m alla quota h rispetto al suolo possiede una energia potenziale data da
EP = m g h
essendo g l'accelerazione di gravità del luogo nel quale si trova m(**).
Volendo calcolare la velocità finale della massa che cade basterà dire che l'energia potenziale iniziale sarà uguale alla energia cinetica finale meno l'energia Ed dissipata in calore per effetto dell'attrito e della resistenza dell'aria, cioè:
Ec = EP - Ed
in questa relazione l'unica incognita è proprio la velocità finale v.
Limitando l'esame allo stato aeriforme, ripensando le definizioni di calore Q, temperatura T, pressione p e introducendo la grandezza volume specifico v, risulta evidente il legame intrinseco fra i parametri suddetti Q, T, p, v e come, agendo sull'uno, si abbiano riflessi e variazioni degli altri parametri.
(*): il quanto di energia è la minima quantità di energia, sottoforma di radiazione, che può essere ceduta o assorbita dagli elettroni.
(**): l'accelerazione di gravità cambia al cambiare della quota h, crescendo verso il suolo. Ne segue che il moto del grave è doppiamente accelerato: prima perché c'è g, poi perché g è crescente durante la caduta. Reciprocamente, il moto ascensionale dei razzi diventa più "facile" perché al crescere della quota h, g diventa più piccolo.