FISICA

Rudolf Julius Emanuel Clausius

“L’interpretazione della morte termica”

di Alessandro Rao

Prima di tutto, voglio precisare che la mia pag. web esclude tutte le formule matematiche derivate dalla grande genialità di Clausius, all’infuori di quella che, come vedremo in seguito, rappresenta tutta l’essenza degli studi da esso compiuti durante la sua energica esistenza.

Clausius nasce a Kòslin (Pomerania, oggi Koszalin, Polonia) il 2 Gennaio 1822. Dopo pochissimi anni, il padre, un Pastore Reverendo, decide di trasferire la famiglia a Uckermùnd, distante 150 Km, dove Clausius inizia la scuola.
Dimostra una profonda attrazione, ma meglio, curiosità verso il mondo naturale. Nasce subito un contrasto con l’insegnamento paterno, convincendosi che il creato, e per meglio specificare, la natura, avesse una spiegazione o meglio, motivazione, senza attribuirla a fenomeni soprannaturali, scontrandosi con le idee religiose paterne.

In quegli anni, i filosofi del creato non concepivano che l’Universo, avesse avuto, seppure lontanamente, una fine, o una trasformazione, altresì con certezza fosse rimasto immutabile, eterno assieme al Creatore. In ogni modo, per le menti più aperte, queste interpretazioni attestavano il contrario e non collimavano con le varie fedi religiose.

Clausius, dal 1840 al 1844, si trova a Berlino dove studia Matematica e Fisica, successivamente, ottiene il dottorato presso l’Università nella cittadina di Halle (Sassonia). Pertanto, acquisisce una ragguardevole esperienza con l’incontro dei maggiori fisici del momento. Inizia con i suoi lavori, certamente, interpretando accuratamente ciò che il mondo della scienza aveva prodotto e nondimeno, vuole approfondire per avvicinarsi alla realtà.

A soli 28 anni pubblica su “Annalen der Physik” un particolare studio con diverse analisi sulla tesi del fisico, ingegnere e matematico francese Nicolas Leonard Sadi Carnot (1796-1832) il quale definiva il ciclo termodinamico, una rotazione finita di trasformazioni, come le isoterme, le isocore e isobare, al fine delle quali, il sistema sarebbe tornato al suo stato primario, ma senza considerare, che il calore fosse il movimento delle molecole.

Nonostante ciò, a Carnot, si devono importantissimi apporti alla termodinamica teorica. Clausius, prosegue nelle sue sperimentazioni, e soprattutto valutazioni: di seguito sviluppa, integrandola, la “Teoria cinetica dei gas” enunciata dal fisico e chimico tedesco August Karl Krönig (1822-1879) ponendo in rilievo l’uguaglianza fra i volumi dei gas, ma inserendo il concetto di mobilità molecolare, come le traslazioni, ossia le vibrazioni. In ogni modo, siamo nel 1852, quando un altro fisico inglese James Prescott Joule (1818-1889) aveva da tempo formulato la sua legge (Effetto Joule) che può essere intesa, in modo riduttivo, come una trasformazione completa dell'energia elettrica in calore, come in molti dispositivi elettrici. Nello studio di queste nuove definizioni del calore, qualcosa d’inedito avrebbe aggiunto lo studio di Clausius con l’introduzione di una nuova concezione all’epoca quasi incomprensibile e purtroppo anche avversata.

Siamo nel 1850, quando si credeva a due processi chimici universali, l’uno “reversibile” e l’altro “irreversibile”, e proprio in questo secondo caso, non era possibile che le condizioni negative potessero essere rovesciate. Clausius, nel confermare la sua visione pessimistica, bensì realistica, introduce il predetto nuovo vocabolo con il quale ridefinisce il “Secondo principio della Termodinamica” e pertanto esprime ai fisici contemporanei, che avrebbe proposto una terminologia ricavata dal linguaggio degli antichi greci con il vocabolo “Entropia” derivato dal greco “Etropè” con il significato di “Mutamento”.

Inoltre, Clausius, afferma, di aver scelto questo termine per renderlo molto affine a quello di “Energia” poiché, strettamente connesse l’una all’altra fisicamente, ma non dalla quantità. Invero, in quegli anni, si credeva, che tale fenomeno fisico, fosse reversibile, e che in ogni processo, mantenesse la propria consistenza, ma Clausius, afferma il contrario: avrebbe consumata la sua entità, con un incessante riduzione, contrariamente al Primo principio che enunciava la conservazione dell’energia.

Infatti, ogni volta che una certa quantità di energia viene convertita da una forma a un'altra, si ha una penalizzazione stimabile nella degradazione di una parte dell'energia stessa, ed il Secondo Principio che la consuma inevitabilmente. Un esempio chiaro: se un litro di acqua con temperatura di 40 gradi si unisce ad un altro litro con temperatura di 20 gradi, non otterremo mai due litri a 60 gradi, e qui funziona l’Entropia.

In realtà, può anche essere definita come l’impossibilità che nessuna trasformazione possa durare all’infinito con la sua reversibilità, nel concetto di “Moto perpetuo”. Pertanto, Clausius, enuncia l’Entropia, destinata a crescere al momento nel quale si sarebbe raggiunta la morte termica. In ogni modo, inizia anche da parte dei fisici, contemporanei a Clausius, una attenta interpretazione per questo nuovo enunciato, malgrado inizialmente, trovi da moltissimi studiosi valutazioni esitanti. Oltretutto, nel 1855, è nominato professore ed occupa la cattedra di Fisica e Matematica al Politecnico Federale di Berlino. In ogni modo, gl’incarichi rilevanti proseguono: dal 1855, insegna Fisica all’Università di Zurigo, nonché nella importante “Polytechnischen Schule”

Nello stesso tempo, non rinuncia alla sua vita privata e nel 1859, sempre a Zurigo, s’innamora e sposa Adelheid Rimpau, nata nel 1833 a Braunschweig (Sassonia) ma poco fortunata in quanto morirà a soli 41 anni, proprio in occasione del sesto parto di una bambina. Tuttavia, Clausius, non si perde d’animo e combatterà quell’Entropia, possiamo dirlo, che proprio in quel nefasto giorno, com’egli pensava, nei suoi confronti, aveva realizzato una tremenda vittoria. Poi, nel 1867, gli viene proposta una nuova cattedra nella prestigiosa Università di Würzburg (Baviera), accetta, pur esprimendo un certo disappunto per lasciare Zurigo, ma, in realtà, non può resistere alla voglia di tornare nella sua Germania. Adesso, siamo nel 1870, gli anni della guerra Franco-Prussiana, vinta dai prussiani con i suoi alleati. Clausius, desidera di parteciparvi con grande fervore, allontanandosi anche dagli impegni di studio. Raggiungerà il campo di battaglia e sarà preposto nel Corpo Sanitario, come organizzatore per il recupero dei feriti a mezzo di ambulanze.

Anche in questa circostanza, l’anno successivo, riceve un encomio solenne e viene decorato con una “Croce di Ferro”.


Purtroppo, questa parentesi militare gli costa una permanente invalidità ad una gamba colpita da un scheggia. Perfino in questa infelice circostanza, cerca di rallentare la sua Entropia: per raggiungere il luogo delle sue lezioni, impara a cavalcare, diventando anche un discreto cavaliere. Successivamente ritorna in Germania a Würzburg e poi a Bonn dove, nel 1884, viene nominato Rettore dell’Università. Dal lato sentimentale, non si dà per sconfitto e dopo due anni, nel 1886, si risposa con Sophie Stack di Essen (Düsseldorf) dalla quale avrà il settimo figlio, affrontando in seguito, tutte le difficoltà, seppure con la dovuta dedizione di un padre di famiglia, nonostante i suoi ragguardevoli impegni scientifici. Comunque, si ammala con una forma di avitaminosi progressiva e muore il 24 Agosto del 1888 nella sua ultima dimora di Bonn, purtroppo con un’ulteriore vittoria della sua Entropia.

 

Senz'altro, Clausius, è stato un grande personaggio, ma allo stesso tempo, come predetto, immeritatamente non valutato dall’ambiente scientifico del suo tempo; forse non riuscivano a capirlo. Eppure, un altro grande fisico tedesco come Max Planck (1858-1947) nella sua autobiografia, scriveva: “Un giorno, per caso, mi imbattei nei trattati di Rudolf Clausius, la cui lucidità di stile e nitidezza di ragionamento mi fecero un'enorme impressione. Mi sprofondai nei suoi articoli con entusiasmo crescente”. E ciò, non è poco. Per quanto riguarda la sua formula, possiamo dire più che pessimistica, bensì realistica, alla quale nessuno di noi può sottrarsi, è la seguente:

 


Mark Twain (1835-1910), popolare scrittore statunitense, meditava l’opposto, immaginando che “La vita sarebbe più felice se si potesse nascere a 80 anni e raggiungere all’indietro i 18 anni”. Comunque, sempre amanti della realtà e pertanto della Fisica, mi permetto ricordare che oltre all’Entropia, adesso qualcosa di negativo ce lo ricorda anche la Meccanica Quantistica, con le “Probabilità” alle quali, siamo subalterni ogni attimo della nostra esistenza. Per Clausius, nonostante le astruse opinioni nell’ambito scientifico, nel 1868 viene eletto membro della Royal Society, nel 1870 riceve la Medaglia “Huygens”, nel 1879 la Medaglia “Copley” il più considerevole premio scientifico antesignano del premio “Nobel”.
Inoltre, nel 1882, una laurea onoraria dall'Università di Würzburg, per concludere nel 1883, con il Premio per la Fisica “Poncelet”.

Inoltre, anche sulla Luna, è onorato con un cratere intestato a suo nome, situato nell’emisfero sudoccidentale rivolto verso la Terra.

Il “Cratere Clausius” da “Lunar and Planetary Institute”.


Riferimenti:
“Le leggi della termodinamica, da Boyle a Boltzmann” di Enrico Bellone - Loescher - Torino 1978
“Le 5 equazioni che hanno cambiato il mondo” di Michael Guillen - Longanesi - Milano 1998
“L’ordine del tempo” di Carlo Rovelli - Adelphi Edizioni - Milano 2017
“Max Karl Plank” di Alessandro Rao - www.storiologia.it/planck/planck.htm



Alesrao@hotmail.it


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