Ai tempi di James Prescott Joule, il caloreveniva considerato come una sostanza con-servativa, chiamata flusso calorico, il quale

passava dal corpo più caldo al corpo piùfreddo. Il passaggio si interrompeva quando le duetemperature assumevano lo stesso valore. Joule cominciò a lavorare sul concetto dicalore quando si accorse che un filo in cuipassava corrente elettrica si scaldava. Questo fenomeno risultava apparentementeprivo di senso. Inoltre William Thompson notò che unaconsiderevole quantità di calore potevaessere trasmessa dall’attrito, segno dellapresenza di un flusso calorico. Queste con-siderazioni fecero supporre a Joule che ilcalore fosse una forma di energia.L’esperimento: i pesi, posti ad una deter-minata altezza, vengono fatti scendere incaduta libera, questo provoca il movimentodelle palette che si trovano all’interno delcontenitore isolato termicamente e perfet-tamente chiuso: esse mettono in moto l’ac-qua all’interno del recipiente. Joule pensò di inserire all’interno del calo-rimetro un termometro e, dopo ripetute ca-dute dei pesi, si accorse che vi era unleggero incremento di temperatura.

A quel punto constatò che l’energia poten-ziale iniziale dei pesi non equivaleva al-l’energia cinetica finale, ma mancava unapiccola quantità di energia trasformata nelcalore acquistato dal fluido all’interno delcalorimetro.

Nello spazio nulla si crea, nulla si distrugge, tutto si trasformaAlbert Einstein

Il primo principio dellatermodinamica stabilisce laconservazione dell’energia:in un sistema termodinamicoisolato l’energia non si crea ne sidistrugge, ma si trasforma.

IL SEGNO

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James Prescott Joule, 1818-1889

POSTAZIONE 7MULINELLO DI JOULETRASFORMAZIONE DELL’ENERGIA POTENZIALE IN ENERGIACINETICA E TERMICA

Il motore a combustione interna (MCI) diapplicazione pratica è stato inventato dall’in-gegnere tedesco Nikolaus Otto, che perfe-zionò l’invenzione degli italiani Matteucci eBarsanti. Lo scopo primario dei motori acombustione interna è quello di convertirel’energia termica, fornito da un fluido chia-mato combustibile, in energia meccanica. I motori a combustione interna sono i si-stemi energetici maggiormente diffusi, poi-ché sono molto versatili ed utilizzabili indiverse applicazioni come la trazione stra-dale, la propulsione navale, la trazione fer-roviaria, la propulsione aerea e laproduzione di energia in impianti fissi.Per il loro funzionamento vengono impie-gati combustibili di origine fossile.

Lo spaccato delmotore a combu-stione interna espo-sto è un motore 4tempi ad accen-sione comandata(cioè dettata da unmeccanismo di in-nesco chiamatocandela).Le trasformazioniavvengono all’in-terno di un volumeben definito, per talemotivo la macchinaè detta volumetrica;dato che il moto delpistone si sviluppatra due posizioni inmodo alternato,viene anche detta al-ternativa.Lo studio del fun-zionamento cine-matico di questotipo di macchinepuò essere effet-tuato attraversol’analisi del meccanismo biella-manovella.Questo particolare tipo di macchina è fon-damentale nel campo della meccanica, in

quanto è in grado di trasformare il moto al-ternativo del pistone in moto rotativo e vi-ceversa.

POSTAZIONE 7IL MOTORE A COMBUSTIONEINTERNA

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Nikolaus Otto, 1832 - 1891

IL SEGNOIl ciclo termodinamico teorico del motore a combustione interna ideato da Nikolaus Otto.

Questo grafico consente l’analisi approfonditadelle trasformazioni termodinamiche checaratterizzano il ciclo Otto. Le fasi più importanti sono: l’aspirazione, la compressione, la combustione, l’espansioneo scarico.