Grandes descubrimientos de la humanidad. La segunda ley de la termodinámica.

En este CONAMAT Post vamos a hablar del cuarto gran descubrimiento: La segunda ley de la termodinámica.

Esta segunda ley consiste en la ciencia de la termodinámica, ciencia del calor transformada en energía mecánica, las maquinarias de la revolución industrial dependían de ella. Esta ley consiste en que la energía calorífica puede transformarse en movimiento. Para entenderlo citaremos unos ejemplos: el primer ejemplo sería darle la vuelta a una palanca con una pistón o una turbina y este movimiento provocaría que se bombee agua, otro claro ejemplo sería el girar un telar para hacer tejido, como último ejemplo sería el intentar mover un gran tren por las vías, pero para que esto sucediera sería necesario obtener más empuje con su energía y de esta forma hacer el mayor trabajo que se pueda con el combustible que se va a utilizar. Este fue uno de los motivos por los que se empezó a estudiar el funcionamiento de la maquinaria con energía calorífica.

Rudolf Clausius

Uno de los científicos que estudió esta energía fue Rudolf Clausius.

Rudolf Julius Emanuel Clausius (1822-1888). Físico Alemán, después de haber asistido al gimnasio en Stettin y estudiado de 1840 a 1844, en la universidad de Berlín, se doctoró en 1848 en la Universidad de Halle. Fue profesor de física en la escuela Real de Artillería e Ingeniería de Berlín (1850-1855) y catedrático de física en las universidades de Zúrich (1855-1867), Wurzburg (1867) y Bonn (1869), en la que permanecería hasta su fallecimiento.

Sus obras más notables son: La función potencial y el potencial (1864) Teoría Mecánica del calor (1876).

El primer Volumen de esta última obra desarrolla, en formulas matemáticas, los dos principios de la termodinámica; el segundo principio aparece enunciado en la afirmación:

"No es posible que suceda espontáneamente un paso de calor de un cuerpo más frio a otro más caliente."

Lo que implica que las transformaciones naturales son irreversibles.

Este enunciado se aplica sobre la fuerza motriz del calor, que fue presentada a la academia de ciencias de Berlín en 1850. Un año después su colega británico Lord Kelvin enunció también este principio de forma distinta pero equivalente.

Clausius pasa, después de los principios de la termodinámica, a sus aplicaciones y analiza en particular las propiedades de los gases, haciendo la exposición teórica de la teoría cinética según la cual los gases están constituidos por partículas dotadas de movimiento continuo con velocidades muy altas que chocan unas con otras rebotando como pequeños proyectiles sobre las paredes del recipiente en las que se contienen.

En la segunda parte del libro construye una teoría mecánica de la electricidad, seguida de sus correspondientes aplicaciones en relación con los principios fundamentales de la termodinámica.

Surgimiento de la segunda ley de la termodinámica.

Clausius en 1865 formuló el gran descubrimiento:

"En cualquier intercambio de energía (como en una caldera de vapor) siempre se desperdicia algo de energía."

Clausius invento la palabra de entropía (grado de desorden molecular de un sistema) para explicar porqué la eficiencia de un motor de vapor es limitada. La conclusión a la que llegó fue que parte de su energía se perdería en el proceso de convertirla en trabajo mecánico, esto fue un dato muy revelador, el cual cambió la idea del funcionamiento de la energía; no existe un motor que sea 100% eficiente, por ejemplo, la eficiencia de un motor es solo el 30 %, es decir que solo un 30% de la eficiencia de un motor se usa para mover el auto, lo demás se perderá en calor o en el rozamiento de las llantas con el piso. Y este descubrimiento fue una de las causas que provocó el impulso de la revolución industrial.

En 1865, partiendo del trabajo de Carnot sobre los ciclos de calor, introdujo el término de entropía como hemos dicho anteriormente, definido como la porción de energía de un sistema que no es capaz de desarrollar trabajo y demostró que la entropía de un sistema se incrementa en un proceso irreversible; el progreso de la máquina de vapor se debe en gran parte a sus estudios.

También llevó a cabo investigaciones sobre la teoría cinética de los gases y que debe a Clausius sus fundamentos; la noción de “camino libre medio” de una molécula de los gases fue determinada por él. Aclaró diversos aspectos de la electrólisis, en los cuales sus conceptos constituyen la base de la teoría de la disociación electrolítica, establecida después por Arrhenius en 1877.

Las leyes de la termodinámica se estudian en todos los niveles de educación desde la secundaria hasta la licenciatura.