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LA CONSERVAZIONE DELL'ENERGIA
PAGINA TRATTA DA http://digilander.iol.it/giagia/conserva.htm
Afferma che , poiché l'energia non può essere né creata né distrutta, la somma delle quantità di calore ceduta ad un sistema e del lavoro compiuto sul medesimo deve essere uguale all'aumento dell'energia interna del sistema stesso. Calore e lavoro sono i mezzi attraverso i quali i sistemi si scambiano energia.
L'energia si conserva. Le leggi della fisica derivano dall' osservazione dei fatti. Una delle leggi fondamentali della fisica, una delle leggi più sicuramente basate sulla osservazione di fatti appartenenti alle categorie più disparate, afferma che l'energia si conserva. L'energia si trasforma, si trasferisce, o si accumula; ma non può essere creata, né può essere distrutta. Questa fondamentale legge fisica si chiama appunto 'principio di conservazione dell'energia'.
Osserviamo un qualunque oggetto, un qualunque sistema fisico. Con 'sistema' si intende qualunque oggetto o insieme di oggetti che sia formato da un certo numero di parti che lo costituiscono. Qualunque cosa noi osserviamo essa è un sistema fisico: essa è formata da un certo numero di parti più semplici. Anche lo stesso atomo, che gli antichi credevano indivisibile e semplice, è formato da costituenti più elementari. Qualunque cosa noi osserviamo, essa rappresenta dunque un sistema fisico: sia esso solido, liquido o gassoso; sia esso un oggetto naturale o un dispositivo artificiale, come ad esempio un motore; sia esso un oggetto inanimato, oppure un corpo dotato di vita, una pianta o un animale.
Diciamo che un sistema fisico subisce una trasformazione quando esso cambia posizione, o cambia forma, o cambia dimensioni; oppure quando cambia una qualunque delle sue proprietà. Quando un sistema fisico subisce una trasformazione, in qualche modo c'entra l'energia. O esso riceve energia dall'ambiente, cioè da ciò che gli sta intorno; o esso cede all'ambiente una parte dell'energia che possedeva; o l'energia in esso contenuta cambia posizione; oppure ancora l'energia in esso accumulata cambia forma. Ovvero succedono contemporaneamente più di una di queste cose.
Bene, se noi misuriamo l'energia che il sistema riceve, e misuriamo anche quella che il sistema cede all'ambiente, queste due quantità di energia in generale non sono fra di loro uguali. Ma se l'energia ricevuta è maggiore di quella ceduta, allora la differenza fra le due è stata accumulata dal sistema. Ad esempio, il sistema si è riscaldato, oppure ha accumulato energia chimica, o qualche altra forma di energia. Viceversa, se l'energia ceduta è maggiore di quella ricevuta, allora la differenza è stata prelevata dall'energia che il sistema aveva in sé accumulata: ad esempio, il sistema si è raffreddato, oppure ha perso qualche altra forma di energia che prima possedeva.
E questa una regola senza eccezioni: in qualunque processo o fenomeno, qualunque sia il sistema fisico considerato, il bilancio dell'energia deve certamente andare in pareggio.
L'energia, dunque, non si crea e non si distrugge: essa può trasformarsi, può trasferirsi; può nascondersi, come succede quando viene accumulata. Ma essa non va persa mai, né mai si genera dal nulla.
Ad esempio, una automobile in corsa possiede energia di movimento (l'energia di movimento si chiama anche "energia cinetica"). Se si azionano i freni, l'automobile si ferma: essa ha perso, a quel punto, tutta la sua energia di movimento. Tuttavia i freni si sono riscaldati ed hanno comunicato parte di calore anche all'aria. In più, l'aria, urtata dall'automobile in movimento, ha preso a muoversi anch'essa, ha acquistato energia cinetica. Se si fa la somma dell'energia ricevuta dall'aria (nella forma di energia di movimento e di energia termica) e dell'energia termica che i freni hanno accumulato riscaldandosi e di quella che è stata comunicata alla strada per sfregamento, si troverà che il totale è uguale all'energia di movimento che l'automobile inizialmente aveva. L'energia che l'automobile possedeva non è andata distrutta: essa si è trasformata e trasferita. Ma c'è ancora tutta, seppure in altre forme e in altri sistemi fisici.
Un altro esempio. Un combustibile possiede, accumulata in sé, una certa quantità di energia chimica. Quando il combustibile, ad esempio la benzina, viene bruciato in un motore (il processo per cui qualcosa brucia si dice 'combustione'), questa energia viene sviluppata nella forma di calore. In parte il calore si trasforma nel motore in energia di movimento, e in parte viene ceduto all'ambiente, sia attraverso i fumi di scarico che attraverso il radiatore, che consente per l'appunto al motore di trasmettere calore all'aria circostante. La somma dell'energia di movimento acquisita dal motore, e dell'energia termica che viene ceduta all'ambiente, è esattamente uguale all'energia chimica che aveva il combustibile che è stato bruciato. Potreste sincerarvene facendo le opportune misure. Ma potete anche fidarvi, perché lo afferma il principio di conservazione dell'energia: uno dei principi della fisica più sicuramente comprovato da molte, diverse, precise verifiche che scienziati e sperimentatori hanno eseguito su ogni tipo di sistema, in ogni tipo di condizione.
Nei primi anni di questo secolo il principio di conservazione dell'energia è stato enunciato da Einstein in una forma più generale. Questo enunciato, che il grande scienziato ha elaborato all'interno della sua teoria della relatività, è stato successivamente confermato da misure eseguite nei laboratori, ed è alla base delle applicazioni pacifiche e militari dell'energia nucleare. Secondo questo più generale enunciato, sintetizzato nella famosissima formula
E = mc2,
anche la massa (cioè la materia) è una forma, molto concentrata, di energia.
L'equivalenza fra massa ed energia, cioè la capacità che l'una ha di trasformarsi nell'altra e viceversa, non contraddice il principio di conservazione dell'energia: al contrario, essa consente di estendere tale principio di conservazione anche a categorie di fenomeni che prima di allora non erano nemmeno stati immaginati come possibili.
ATTENZIONE!
Questo articolo deve essere letto all'incontrario, cioè cominciando da "Nei primi anni di questo secolo" altrimenti non si capisce quale è l'assunto. Infatti la fisica dell'ultimo secolo dimostra che l'energia si crea e si distrugge a favore o contro la materia (vedi i paragrafi CONSERVAZIONE DELL'ENERGIA e CONSERVAZIONE DELLA MASSA nel capitolo di Idraulica).