SIGLO DEL PROGRESO
Termodinámica, Primera Ley
La Naturaleza del CalorUno de los principales obstáculos para la aceptación de la teoría cinética era que ella implicaba que el calor fuera una forma de movimiento. Así que para que dicha teoría fuera tenida en cuenta era necesario la demostración que el calor no era una sustancia. Los primeros desafíos serios a la hipótesis del calórico los hizo Benjamin Thompson (1753 – 1814) o más conocido como el conde de Rumford. Este científico americano hizo fuertes críticas a las propiedades del fluido calórico, entre ellas la posibilidad que el calórico tuviera peso. En 1799 él escribió: “Todos los intentos para descubrir cualquier efecto del calor en el peso aparente de los cuerpos, serán inútiles”. Sin embargo por esa época la idea del calor como fluido imponderable era la aceptada y sus comentarios no contradecían a los defensores del calórico. El ataque más fuerte que Rumford hizo fue al desafiar la conservación del calor. Puesto que el calor se creía una sustancia, era natural pensar que ésta se conservara de igual modo que la masa, pero Rumford había observado que el calor generado al perforar un cañón en el arsenal de Munich y en 1789, Rumford hizo sumergir la pieza del cañón en agua e hizo perforar con un taladro especialmente romo (sin punta). Demostró que el agua hervía en menos de dos horas y media, así que la cantidad de calor que se producía era muy grande “mucho mayor que el del agua hirviendo” y comenzó una serie de experimentos sobre “el origen del calor producido por fricción”. Estos experimentos mostraron que el calor engendrado por fricción “parecía no agotarse nunca”. Por lo que Rumford afirmó:
“Era forzoso concluir que lo que un cuerpo aislado o sistema de cuerpos podía proporcionar de un modo continuo, sin limitación, no podía ser una sustancia material: y me parece extremadamente difícil, si no imposible, imaginar algo capaz de ser producido o comunicado a la manera que lo es el calor en estos experimentos, si no es movimiento”.Aunque el conde de Rumford argumentó que la generación indefinida de calor era incompatible con la teoría del calórico, no fue suficiente para derribarla. En parte esto se debía a la que la descripción del calor como movimiento no estaba planteada por lo que no existía un rival digno para una teoría más “práctica y razonable”. Además, Jöns Jacob Berzelius y Antoine César Becquerel observaron que la electricidad podía generarse indefinidamente por fricción y ningún científico sostendría que la electricidad no era un fluido. Más aún, Charles Haldat criticó que la “inagotable” producción de calor era una extrapolación irresponsable y expresó dudas sobre la reproducibilidad de los resultados de Rumford.
Sin embargo, el trabajo de Rumford creó la desconfianza en el esquema prevaleciente y poco a poco se hizo inevitable el reemplazo por una teoría más completa, y con la publicación del artículo An Experimental Enquiry Concerning the Source of the Heat which is Excited by Friction, (1798), Philosophical Transaction of the Royal Society p.102 por Benjamin Thompson, Conde de Rumford, se plantean los argumentos contra las teorías aceptadas del calor, y se da inicio a la revolución en termodinámica.PRIMER PRINCIPIO DE LA TERMODINÁMICAEn 1819 Dulong mostró que cuando un gas se comprime rápidamente, el calor desarrollado es proporcional al trabajo mecánico realizado sobre él por lo que se hizo más evidente la relación entre el calor y otras formas de energía; pero el salto definitivo se dio con el descubrimiento de la equivalencia y conservación de todas las formas de la energía en 1842 por el alemán Julius Robert Mayer (1814 – 1878), de la cual, la equivalencia entre el calor y el trabajo era sólo un caso particular. Con la seguridad de que el calor era movimiento, Mayer se propuso calcular el equivalente mecánico del calor. Utilizando la conversión del calor en trabajo en sus experimentos con un gas confinado en un cilindro que se calienta, llegó a que 1 Kcal. era igual a 3600 joules. Por supuesto, la unidad joule para el trabajo mecánico fue adoptada más tarde, pero por efectos de sencillez se utiliza aquí.Los avances que hizo Mayer fueron importantes y simultáneos con los del inglés James Prescott Joule (1818 – 1889) establecer firmemente todos los hechos relacionados con la nueva visión del calor. Independientemente del trabajo de Mayer, Joule anunció en 1843 que el equivalente mecánico del calor era de 1 Kcal. = 4140 joules. El calor Q y el trabajo mecánico W son equivalentes con una constante de proporcionalidad A:En 1847 y con una gran experiencia para disminuir las grandes dificultades técnicas de sus experimentos, repitió sus experiencias de 1843 y obtuvo el resultado final de 1 Kcal. = 4200 joules. Cuando Joule comunicó sus resultados a la British Association for the Advancement of Science (Asociación británica para el avance de la ciencia) en Oxford en 1847, estaba presente William Thomson, más tarde conocido como Lord Kelvin, genio precoz, quien quedó intrigado aunque al principio escéptico, se percató de la importancia del trabajo de Joule y generó una discusión que terminó siendo el punto central en la reunión. Los dos colaboraron entre 1852 y 1856, Joule experimentando y Thomson analizando los resultados y sugiriendo nuevos experimentos. La publicación de los resultados llevó a la aceptación general del trabajo de Joule. En 1920 se estableció el valor hoy en día aceptado para el equivalente mecánico del calor es de J = 4.1860 J/Kcal. y con sobrada justicia se le conoce como equivalente Joule.
Diagrama del famoso experimento de Joule para la conversión del trabajo mecánico en calor. El peso al descender causa el movimiento de las paletas dentro del recipiente con agua: La temperatura del agua aumenta por la fricción.
No obstante, en 1848 Mayer había reclamado prioridad ante la Académie des Sciences de París y su carta fue publicada en los Comptes Rendus, lo que originaría un conflicto entre Mayer y Joule, que llevaría al primero a intentar el suicidio.En 1854, el físico alemán Rudolf Clausius enunció este teorema: “El trabajo mecánico puede transformarse en calor, y al contrario, el calor en trabajo, la magnitud de cada uno de ellos siendo proporcional al otro.”Este principio sirvió de base para el desarrollo y aceptación de la conservación de la energía, que es el primer principio o ley de la termodinámica, ciencia del siglo XIX.
No hay comentarios.:
Publicar un comentario