Le origini della termodinamica dai Carnot a William Thomson

Lo scopo di questa tesi è quello di analizzare le origini della termodinamica classica negli anni fondamentali per il suo sviluppo, dal 1824 al 1852, al fine di comprendere il modo in cui si è giunti, grazie al contributo di diversi scienziati, al consolidamento della struttura teorica e dei concetti di base sul calore e sulla termodinamica, con particolare riferimento all'emergere del primo e del secondo principio. Si cercherà di evidenziare il contributo dei vari scienziati e le loro interazioni e influenze reciproche, fondamentali per la formulazione delle nuove idee, attraverso l'esame delle loro opere originali. Il primo capitolo sarà dedicato allo studio dell'opera di Sadi Carnot, considerato il padre della termodinamica, per approfondire l'origine dei concetti riguardanti i cicli termodinamici e il secondo principio, che hanno fatto nascere la termodinamica come scienza. L'opera di Sadi verrà messa in relazione con quella del padre Lazare Carnot, rispetto alla quale presenta molti collegamenti e similitudini. Si svolgeranno poi alcune considerazioni sulla struttura della teoria di Sadi Carnot a confronto con quella della termodinamica moderna per metterne a fuoco i lati positivi e i limiti. A conclusione del capitolo si mostrerà come Carnot, nonostante gli errori commessi nella sue teoria, alla fine sia giunto a comprendere la natura del calore e la legge di conservazione dell'energia. Il tema centrale del secondo capitolo sarà il problema, affrontato dai fisici dell'epoca intorno al 1850, di conciliare l'emergente principio di conservazione dell'energia e la concezione, a esso correlata, del calore come forma microscopica di movimento della materia, con la teoria che Carnot aveva proposto per dare una base esplicativa generale al funzionamento delle macchine termiche; si analizzerà come tale teoria sia stata riproposta nel 1834 da Émile Clapeyron e riscoperta alcuni anni dopo da William Thomson e da suo fratello James. Si esaminerà l'opera di James Joule, convinto assertore della conservazione dell'energia, e il lavoro svolto da Thomson sulla scala assoluta di temperatura e nello studio della teoria di Carnot, della quale emergono grazie alla sua rielaborazione i principali difetti. Il terzo capitolo sarà dedicato allo studio delle opere di Rudolf Clausius e dello stesso Thomson, i due scienziati che verso la metà del secolo riuscirono a conciliare il principio di conservazione dell'energia con la teoria di Carnot, gettando di fatto le fondamenta della termodinamica classica. Chiuderà il capitolo un'analisi delle idee di Thomson circa le conseguenze del secondo principio.