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CAPITOLO ,
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Conservazione dell’energia
Il
calore
(Capitolo 17) è un meccanismo di trasferimento di energia che è gui-
dato dalla differenza di temperatura tra un sistema e il suo ambiente. Per esempio,
immaginiamo di dividere un cucchiaio di metallo in due parti: il manico, che identi-
"chiamo come il sistema, e la porzione immersa in una tazza di caffè, che è la parte
che rappresenta l’ambiente (Fig. 7.1c). Il manico del cucchiaio diventa caldo perché
elettroni e atomi che si muovono veloci nella porzione immersa urtano contro quelli
più lenti nella parte adiacente del manico. Queste particelle si muovono più veloce-
mente a causa delle collisioni e urtano contro il gruppo successivo di particelle lente.
Quindi, l’energia interna del manico del cucchiaio aumenta per trasferimento di
energia dovuto a queste collisioni.
Il
trasferimento di materia
(Capitolo 17) coinvolge situazioni in cui la materia "-
sicamente attraversa il contorno del sistema, portando energia con sé. Esempi inclu-
dono riempire il serbatoio dell’automobile con benzina (Fig 7.1d) e portare energia
alle stanze della casa facendo circolare aria calda proveniente da un bruciatore, un
processo detto
convezione
.
La
trasmissione elettrica
(Capitolo 21) coinvolge il trasferimento di energia nel o
fuori dal sistema per mezzo di correnti elettriche. È il modo con cui si trasferisce ener-
gia al tuo asciugacapelli (Fig 7.1e), impianto stereo, o ogni altro dispositivo elettrico.
La
radiazione elettromagnetica
(Capitolo 24) si riferisce alle onde elettromagne-
tiche come la luce (Fig 7.1f), le microonde, le onde radio che varcano i con"ni del
sistema. Esempi di questo metodo di trasferimento di energia includono il cuocere
una patata al forno nel forno a microonde e l’energia luminosa che viaggia dal Sole
alla Terra attraverso lo spazio
1
.
Un aspetto centrale dell’approccio energetico è il concetto che non possiamo
né creare né distruggere energia, ma che l’energia si
conserva
sempre. Questo con-
cetto è stato messo alla prova in innumerevoli esperimenti, e nessun esperimento
ha mai mostrato che questa affermazione sia scorretta. Quindi,
se la quantità totale
di energia di un sistema cambia, può solo essere perché dell’energia ha attraversato
il con$ne del sistema tramite un meccanismo di trasferimento come uno di quelli
elencati sopra
.
L’energia è una delle diverse grandezze in "sica che si conservano. Vedremo altre
grandezze che si conservano nei capitoli seguenti. Ci sono molte grandezze "siche
che non obbediscono a un principio di conservazione. Per esempio, non esiste il prin-
cipio di conservazione della forza o della velocità. Allo stesso modo, in aree diverse
dalla "sica, come nella vita quotidiana, alcune quantità si conservano e altre no. Per
esempio, se il sistema è il tuo conto bancario il denaro è una quantità che si conserva.
L’unico modo che esiste perché cambi il bilancio del conto è che del denaro attra-
versi il con"ne del sistema con depositi o prelievi. D’altra parte, il numero di perso-
ne nel sistema nazione non è conservato. Sebbene ci siano persone che attraversano
il con"ne del sistema cambiando così la popolazione totale, la popolazione può an-
che cambiare a causa delle persone che muoiono e nascono. Anche se non vi fossero
persone che attraversano i con"ni, le nascite e le morti cambierebbero il numero
di persone nel sistema. Non esiste un equivalente al nascere e morire nel concetto
di energia. L’affermazione generale del principio di
conservazione dell’energia
può
esser descritta matematicamente con l’
equazione di conservazione dell’energia
:
D
E
sistema
5
o
T
/.1
b
dove
E
sistema
è l’energia totale del sistema, che include tutti i possibili modi di im-
magazzinare energia (cinetica, potenziale, e interna), e
T
(per
trasferimento
) è la
quantità di energia trasferita attraverso il con"ne del sistema con un certo mec-
canismo. Due dei nostri meccanismi di trasferimento hanno notazioni simboliche
ben de"nite. Per il lavoro,
T
lavoro
5
W
come discusso nel Capitolo 6, e per il calore
T
calore
5
Q
come de"nito nel Capitolo 17 (ora che abbiamo familiarizzato con il
concetto di lavoro, possiamo sempli"care l’aspetto delle equazioni facendo sì che
il semplice simbolo
W
rappresenti il lavoro esterno
W
est
sul sistema. Per quel che
Prevenire le insidie
|
,.
Il calore non è una forma
di energia
Il termine
calore
è una delle parole
usate nel modo più improprio nel
linguaggio quotidiano. Il calore è
un modo di
trasferire
energia,
non
una forma di immagazzinamento
dell’energia. Quindi, frasi come
“contenuto di calore”, “calore
dell’estate” e “il calore scambiato”
rappresentano usi della parola
che non sono in accordo con la
de"nizione "sica del calore.
Si veda il Capitolo 17.
1
La radiazione elettromagnetica e il lavoro fatto dalle forze del campo sono gli unici meccanismi di trasferimento ener-
getico che non richiedono la presenza di molecole dell’ambiente al con"ne del sistema. Quindi, i sistemi circondati dal
vuoto (come i pianeti) possono scambiare energia con l’ambiente soltanto con queste due modalità.
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Conservazione dell’energia