Esperimento di Joule e Calore | Valentino Rocco

Ho spiegato ciò che stai cercando in un video. Non ti dimenticare di iscriverti al canale e lasciare like!

Buona visione!

Se invece ti trovi meglio a leggere ecco tutto ciò che devi sapere sull'esperimento Joule e sul Calore.

Esperimento di Joule e Concetto di Calore

James Prescott Joule, verso la metà del 1800, svolse una serie di esperimenti con l’obiettivo di comprendere la natura del calore e la sua relazione con il lavoro meccanico. I suoi studi portarono a una delle scoperte fondamentali della termodinamica: il calore è una forma di energia e può essere ottenuto dalla conversione del lavoro.

Esperimento di Joule

Uno degli esperimenti più celebri condotti da Joule consisteva nell’inserire un mulinello in rotazione immerso in un contenitore d’acqua. Il mulinello veniva messo in movimento da due masse collegate tramite una corda: queste, cadendo verso il basso per effetto della forza di gravità, convertivano la loro energia potenziale in energia cinetica, mettendo in rotazione il mulinello.

Durante la rotazione si generava attrito tra mulinello e acqua. Questo attrito trasformava l’energia cinetica in calore, che veniva trasferito all’acqua provocandone un aumento di temperatura.

Dopo una serie di misurazioni ed esperimenti simili, Joule arrivò sempre alla stessa conclusione: il lavoro meccanico speso veniva completamente convertito in calore. Questa scoperta portò a stabilire un legame diretto tra lavoro e energia interna, contribuendo alla formulazione del Primo Principio della Termodinamica.

Concetto di Calore

Il calore, indicato con la lettera QQQ, è una forma di energia che entra in gioco quando tra due o più corpi esiste una differenza di temperatura. Il calore si trasferisce sempre spontaneamente dal corpo più caldo a quello più freddo, fino al raggiungimento dell’equilibrio termico.

In condizioni adiabatiche, cioè quando non c’è scambio di calore con l’ambiente esterno, il lavoro compiuto per variare la temperatura di una certa massa è pari al calore che sarebbe stato scambiato.

Il calore segue una convenzione di segno definita come segue:

• Q > 0: il corpo riceve calore

• Q < 0: il corpo cede calore

L’unità di misura utilizzata nelle slide è la caloria (cal), definita come la quantità di energia necessaria per aumentare di 1°C la temperatura di un grammo d’acqua. Nel Sistema Internazionale, invece, l’unità di misura del calore è il joule (J), dal nome proprio di Joule.

Confronto con il lavoro meccanico

Il lavoro meccanico aveva una convenzione di segno legata all’angolo θ(theta) tra forza e spostamento:

• lavoro positivo se θ < π / 2

• lavoro negativo se θ > π / 2

• lavoro nullo se θ = π / 2

Anche qui la direzione del trasferimento di energia determina la positività o negatività della grandezza.

Conclusione

L’esperimento di Joule dimostrò che il calore non è una sostanza materiale o un “fluido calorico”, come si credeva all’epoca, ma una forma di energia che deriva da processi meccanici. Questa idea segnò un passaggio fondamentale nella fisica dell’Ottocento e contribuì alla formulazione delle leggi della termodinamica.

Buono studio!