2008/04/06

Biografía del calor

El primer hombre que habló del calor como una entidad física definida que puede medirse como la cantidad de agua o de aceite, fue un médico escocés llamado James Black (1728-1799). Consideraba el calor como cierto fluido que llamó "calórico", capaz de penetrar todos los cuerpos materiales aumentando su temperatura. Al mezclar un volumen de agua hirviendo con otro volumen igual de agua helada observó que la temperatura de la mezcla era, exactamente, la media entre las dos temperaturas iniciales. Su interpretación era que el exceso de "calórico" del agua hirviendo se había repartido por igual entre las dos partes. Definió la unidad de calor como la cantidad necesaria para elevar la temperatura de una libra de agua un grado Farenheit ( en el sistema métrico moderno se habla de "caloría" como la unidad de calor capaz de elevar un grado centígrado la temperatura de un gramo).Además de la definición original de "caloría" introdujo la noción de capacidad calorífica y de calor latente.

La analogía entre calor y un fluido fue desarrollada todavía más por Sadi Carnot, que comparaba la máquina de vapor con una rueda hidráulica. De la misma forma que la caída del agua desde gran altura es capaz de empujar la rueda, suponía que el calor era un fluido que actuaba de forma semejante al pasar de un punto de mayor temperatura (caldera) a otro de menor temperatura (refrigerador).

Sin embargo el calor es movimiento, y esta idea se le ocurrió a un soldado profesional, Benjamin Thomson nacido en Massachussetts, y fue desarrollada por experimentos realizados en una fábrica de cañones. No estaba convencido de que el calor fuera una cierta sustancia semejante a todas las demás. La razón de sus dudas era el hecho de que el calor se produce de la nada, mediante la fricción como había comprobado en innumerables ocasiones en la fábrica de cañones, o como comprobamos en acciones tan cotidianas como la de frotarnos las manos. En su artículo en London PhilosophicalTransactions (1799) escribía:"¿Qué es el calor. No puede ser una sustancia material. Me parece difícil, si no absolutamente imposible, imaginarme que el calor sea otra cosa que aquello que en este experimento (perforación del cañón) estaba siendo suministrado continuamente al trozo de metal cuando el calor aparecía, a saber, movimiento."

Las ideas de Thomson fueron desarrolladas varias décadas después por el físico alemán Julius Robert Mayer en su artículo "Observaciones sobre las fuerzas de la naturaleza inanimada, publicado en 1842. Mayer dispuso un experimento en una fábrica de papel donde la pulpa contenida en una gran caldera era removida por un mecanismo movido por un caballo.Pero quien, finalmente, llegó a medir el equivalente mecánico del calor por un método parecido fue el inglés James Prescott Joule. Joule estableció que hay una proporcionalidad directa entre el trabajo realizado y el calor producido. En 1843, al anunciar el resultado de sus estudios, escribía: "El trabajo realizado por un peso de una libra que desciende 772 pies en Manchester, elevará la temperatura de una libra de agua en un grado Farenheit". Esta es la cifra que, expresada en estas u otras unidades, se usa ahora universalmente siempre que se ha de traducir la energía térmica en energía mecánica o viceversa.

Incluso una idea equivocada, el pensar que el calor era una sustancia fluida capaz de atravesar todos los cuerpos, fue útil en su tiempo y dio lugar a una interpretación intuitiva y muy interesante sobre el funcionamiento de la máquina de vapor. Pero fue el experimento, la capacidad de contrastar las ideas con la realidad, lo que le dio la clave a Thomson de que el calor no era una sustancia, una clase de fluido, sino movimiento. Joule, finalmente, encontró la relación exacta entre el calor y la energía mecánica que lo genera. A partir de ahí, en la segunda mitad del siglo XIX, comenzó el estudio de la comprensión de las leyes que permiten transformar la energía mecánica en calorífica y viceversa por científicos tan relevantes como el físico alemán Rudolph Clausius y el inglés Lord Kelvin. Finalmente quedaron establecidas la primera y la segunda ley de la termodinámica, o estudio de la circulación de la energía calorífica y de cómo produce movimiento.

Del clásico de la divulgación: "Biografía de la física", de George Gamow. Biblioteca General Salvat.







En memoria de Francisca Miquel Silla, me consta que fui más hijo que yerno para ella, y ella fue más madre que suegra para mi. Descanse en paz.

3 comentarios:

Anónimo dijo...

Muy bueno!!!, para seguir avanzando hay que saber como se llegó hasta aca, y siempre fue de la misma manera, el conocimiento escencial no es acumulativo, fue cambiando y reescribiendose continuamente, es la unica manera....
Jman

Salvador dijo...

Efectivamente Jman. Un saludo.

Anónimo dijo...

x k no ponen bibliografia ash