Page 126 - Un fisico in salotto

Come funziona una macchina termica?

E allora? Possiamo realizzare il nostro progetto? Purtroppo no!
Dobbiamo intanto capire come funziona una macchina termica, in linea di
principio.
Concettualmente una macchina termica non è che un cilindro riempito di gas. Il gas
si espande a temperature piuttosto elevate spingendo un pistone.

A pensarci bene, un cilindro con un gas che si espande e spinge un pistone è
proprio, a parte dettagli di tipo ingegneristico, un motore di automobile. Può trattarsi
di un motore a benzina o di un diesel o altro; ma si tratta sempre, in sostanza, di un
pistone spinto dall’espansione di un gas ad alta temperatura.
Come facciamo a portare il gas a una temperatura elevata? Potremmo mettere il
cilindro su una fiamma? Eh no. Abbiamo deciso di costruire una macchina
assolutamente ecologica, dunque non dobbiamo utilizzare fenomeni di combustione o

altro che inquinerebbero l’ambiente.
D’altra parte la temperatura elevata l’abbiamo già a disposizione, no? L’abbiamo
trovata ‘in natura’ pensando di posare il fondo del nostro cilindro proprio sulla
sabbia rovente del deserto del Sahara!
Il pistone si innalzerà sollevando magari un grosso peso. Oppure, collegato con un
sistema di carrucole, farà in modo di piegare una spessa lamiera: saremo dunque

riusciti a trasformare in energia meccanica il calore prelevato dalla sabbia del
deserto.
Questo modo di procedere certamente non inquina l’ambiente, poiché dal cilindro
non fuoriescono gas di scarico. Immaginiamo infatti che il pistone sia a perfetta
tenuta. Del resto, anche se si verificasse un guasto e una perdita di gas, che male ci
sarebbe? Potremmo pensare di aver riempito il cilindro proprio di aria o di vapore
acqueo: gas sicuramente ecologici.

Abbiamo dunque una rappresentazione schematica di una macchina termica e
abbiamo visto che non c’è difficoltà a immaginarla perfettamente ecologica.
Possiamo costruirla abbastanza grande con gas a pressione tanto elevata da sollevare
anche grossi pesi oppure da far muovere anche una pesante locomotiva.
Allora, cosa c’è che non va nella nostra macchina termica? È perfettamente

ecologica, fornisce tutta l’energia meccanica che vogliamo... Un momento!
Siamo arrivati al punto: è vero che la macchina può fornire tutta l’energia
meccanica che vogliamo; ma per fare questo il pistone si deve espandere
indefinitamente. La macchina si ‘ingrandisce’ sempre più, con il passare del tempo.
Occorrerebbe un cilindro infinitamente lungo per consentire il continuo progredire
dell’espansione del pistone.
Poiché un cilindro di tal genere è ovviamente irrealizzabile, la nostra macchina
può funzionare per un tempo molto breve. Dopo, la macchina è... da buttar via, a

meno che non vengano ripristinate le condizioni nelle quali ha cominciato a
funzionare: per esempio, ricomprimendo il gas fino a riportare il recipiente al
volume iniziale.