Di Nick Robinson | Aggiornato il 24 marzo 2022
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La termodinamica è la branca della fisica che esplora il comportamento dell’energia nei grandi sistemi. Collega il movimento delle particelle (energia cinetica) e l'energia immagazzinata nelle loro posizioni (energia potenziale) al calore e al lavoro che un sistema può generare. Nel corso dei secoli, scienziati come Isaac Newton e James Joule hanno distillato questa conoscenza nelle tre leggi fondamentali che governano tutti gli scambi energetici.
La cosiddetta legge “zero” stabilisce il concetto di equilibrio termico. Afferma che se due sistemi sono in equilibrio ciascuno con un terzo sistema, sono in equilibrio tra loro. In pratica, ciò significa che quando si scalda una pentola piena d'acqua, il calore si diffonde uniformemente finché ogni molecola nella pentola non raggiunge la stessa temperatura, anche se il calore è stato applicato solo sul fondo.
Conosciuta anche come legge di conservazione dell'energia, la prima legge ci dice che l'energia non può essere creata o distrutta, ma solo trasformata. L'energia totale di un sistema chiuso (la somma dell'energia cinetica e potenziale) è uguale al calore aggiunto meno il lavoro svolto. Questo principio spiega perché un'auto deve fare rifornimento:l'energia potenziale chimica della benzina viene convertita in lavoro meccanico e calore disperso mentre il motore funziona.
La seconda legge introduce l'inevitabile concetto di entropia, la misura del disordine o dell'energia inutilizzabile in un sistema. Afferma che nessun processo può convertire tutta l'energia disponibile in lavoro utile; una certa frazione diventerà sempre calore di scarto. Nei motori a combustione, anche i progetti più efficienti perdono energia in entropia, il che esclude anche le macchine a movimento perpetuo.
