Resumen breve
Este video explora el descubrimiento del equivalente mecánico del calor y el desarrollo de la termodinámica. Se centra en las contribuciones de James Prescott Joule y William Thomson (Lord Kelvin) a la comprensión del calor como una forma de energía. El video destaca cómo sus investigaciones, a través de experimentos meticulosos y la integración de teorías previas, revolucionaron la física y sentaron las bases para la física moderna.
- Joule demostró que el trabajo mecánico puede generar calor, estableciendo una relación cuantitativa entre ambos.
- Thomson, inspirado por el trabajo de Carnot, desarrolló la termodinámica, estableciendo dos postulados fundamentales: la conservación de la energía y la imposibilidad de convertir completamente el calor en trabajo.
El misterio del calor
A finales del siglo XVIII, la máquina de vapor revolucionó la industria, pero la ciencia aún no comprendía completamente cómo funcionaba. Se debatía sobre la naturaleza del calor: algunos lo veían como movimiento de partículas, mientras que otros lo consideraban un fluido imponderable. La aparición de nuevos instrumentos de medición, como el termómetro, permitió a los científicos estudiar el calor de manera más precisa. Joseph Black descubrió que el calor aportado a un cuerpo no siempre se reflejaba en un aumento de temperatura, como en el caso del hielo derritiéndose.
Joule y el equivalente mecánico del calor
James Prescott Joule, un científico inglés, se interesó por la producción de trabajo mecánico a través del magnetismo y la electricidad. Sus investigaciones sobre motores eléctricos lo llevaron a observar que la batería se calentaba durante el funcionamiento. A través de experimentos meticulosos, Joule descubrió que el calor producido por una corriente eléctrica aumenta con la resistencia del conductor, el cuadrado de la intensidad de la corriente y la duración de la circulación.
Joule continuó sus investigaciones, midiendo la formación de calor en diferentes procesos, como el movimiento de una rueda de paletas en el agua. Al comparar el calor generado con el trabajo mecánico empleado, descubrió una relación inequívoca entre ambos, estableciendo el equivalente mecánico del calor. Este descubrimiento, que establece que una cantidad determinada de trabajo mecánico produce una cantidad determinada de calor, fue un avance significativo en la comprensión del calor.
Thomson y la termodinámica
William Thomson (Lord Kelvin), un científico irlandés, se interesó por el trabajo de Sadi Carnot, quien había desarrollado una teoría sobre la máquina de vapor en 1822. Carnot comparaba la máquina de vapor con una rueda de molino impulsada por el agua, donde el calor fluía de una temperatura mayor a una menor, similar al flujo de agua desde una altura. Thomson, sin embargo, encontró una contradicción entre la teoría de Carnot y los descubrimientos de Joule, ya que este último había demostrado que el trabajo mecánico genera calor.
Thomson dedicó cuatro años a resolver esta contradicción, llegando a la conclusión de que ambas teorías eran correctas y debían integrarse. Desarrolló la termodinámica, basada en dos postulados fundamentales:
- Conservación de la energía: El calor es una forma de energía que puede ser generada por trabajo mecánico. En un sistema aislado, la energía total permanece constante, aunque puede transformarse de una forma a otra.
- Imposibilidad de convertir completamente el calor en trabajo: Una parte del calor siempre se pierde en forma de descarga de calor, lo que significa que las transformaciones no son equivalentes en ambos sentidos.
Legado de Joule y Thomson
Joule y Thomson, quienes se hicieron grandes amigos, continuaron sus investigaciones en el campo de la termodinámica. Realizaron experimentos sobre el cambio de temperatura de un gas al modificar la presión, descubriendo el efecto Joule-Thomson, que consiste en el enfriamiento de un gas al expandirse a través de una tobera. Este efecto, aunque pequeño, tiene una gran significación práctica, como se demostró 40 años después con la licuefacción de gases.
Las investigaciones de Joule y Thomson contribuyeron de manera decisiva al desarrollo de la termodinámica, cuyos postulados se convirtieron en fundamentos de la física moderna. Joule murió en 1889, mientras que Thomson, elevado a la nobleza como Lord Kelvin, murió en 1907 y fue sepultado en la abadía de Westminster, junto a Isaac Newton.
