La Evolución de la Termodinámica: De la Ciencia a la Tecnología

El término 'termodinámica' proviene de las palabras griegas 'thermos' que significa calor y 'dynamics' que significa poder o fuerza. Describe el estudio de las fuerzas que generan calor. El campo de la termodinámica comenzó a mediados del siglo XVIII como resultado de la necesidad de describir y optimizar el funcionamiento de las máquinas de vapor.

La termodinámica ha evolucionado durante más de 250 años de fundamentos teóricos y experimentales. Comenzó como un esfuerzo para convertir el calor en energía y ahora se ha convertido en una ciencia que describe y relaciona las propiedades físicas de los sistemas macroscópicos.

La termodinámica es la ciencia que describe y relaciona las propiedades físicas de sistemas macroscópicos que pueden estar espacialmente aislados y coexistir con un entorno infinito e inalterado de materia y energía. Se basa en cuatro leyes empíricas y proporciona la base para comprender el comportamiento de sistemas físicos complejos.

Antoine Lavoisier, nacido en 1743 y fallecido en 1794, es considerado el fundador de la química moderna y realizó experimentos químicos cuantitativos tempranos. Nicolas Leonard Sadi Carnot, nacido en 1796 y fallecido en 1832, introdujo el concepto del motor ideal y la segunda ley de la termodinámica. Rudolf Emanuel Clausius, nacido en 1822 y fallecido en 1888, fue un físico y matemático alemán que formuló por primera vez la segunda ley de la termodinámica en 1850.

Arrhenius, un científico prominente, aplicó las leyes termodinámicas, especialmente el concepto de entropía, a la teoría de las máquinas de vapor. También contribuyó significativamente a la teoría de la electrólisis y a la teoría iónica de la química. Su trabajo fue crucial para avanzar en la comprensión de la teoría cinética de los gases.

Lord Kelvin, un matemático y físico británico, colaboró con James Prescott Joule en la interrelación del calor y la energía mecánica. Investigaron el efecto Joule-Thomson en 1848, lo que llevó al desarrollo de la escala de temperatura absoluta nombrada en honor a Kelvin. El trabajo de Kelvin sentó las bases para los sistemas de refrigeración y aire acondicionado modernos.

James Prescott Joule, un físico británico, formuló la ley del equivalente mecánico del calor y descubrió el efecto Joule-Thomson. Determinó la relación numérica entre la energía térmica y mecánica, mostrando que la temperatura del gas disminuye cuando se expande sin realizar trabajo. Este efecto es fundamental para los sistemas de refrigeración y aire acondicionado.

Josiah Willard Gibbs, un físico estadounidense, realizó importantes contribuciones a la física del siglo XIX. Aplicó la termodinámica a la química, sentando las bases para la química física. El trabajo de Gibbs en mecánica estadística, análisis de fases y teoría electromagnética de la luz fue innovador e influyente.

Anders Celsius, un astrónomo sueco, propuso la escala de temperatura Celsius con 100 grados separando los puntos de congelación y ebullición del agua. Fue profesor de astronomía en la Universidad de Uppsala y construyó un observatorio en la ciudad. Las observaciones de Celsius sobre la aurora boreal y su participación en expediciones polares fueron logros notables.

Daniel Gabriel Fahrenheit, un físico alemán, inventó el termómetro de mercurio y desarrolló la escala de temperatura Fahrenheit. Descubrió que los líquidos, además del agua, tienen puntos de ebullición específicos que varían con la presión atmosférica. Los avances de Fahrenheit en la fabricación de instrumentos y la medición de la temperatura fueron significativos para la meteorología y la investigación científica.

Joseph Louis Gay-Lussac, un químico y físico francés, realizó investigaciones pioneras sobre las propiedades físicas de los gases. Sus estudios contribuyeron a la comprensión del comportamiento de los gases bajo condiciones variables. El trabajo de Gay-Lussac sentó las bases para las leyes modernas de los gases y el desarrollo de la ecuación de gas ideal.

En 1804, un científico llamado 1804 realizó una ascensión en globo para estudiar el magnetismo terrestre y la composición del aire a diferentes altitudes. En 1809, formuló la ley de los gases, conocida como la ley de Gay-Lussac, que establece que los volúmenes de gases en una reacción química están en proporción a pequeños números enteros. Siguiéndolo, el científico británico Robert Boyle, que vivió de 1627 a 1691, fue un pionero en la defensa de los métodos científicos y un fundador de la química moderna. Boyle enfatizó la importancia de la observación objetiva y experimentos verificables en los estudios científicos, siendo el primero en aislar un gas y diferenciar entre ácidos, bases y sales.

Amadeo Avogadro, nacido en 1776 y fallecido en 1856, fue un físico y químico italiano conocido por su trabajo sobre los gases. En 1811, formuló la ley de Avogadro, que establece que volúmenes iguales de gas a la misma temperatura y presión contienen un número igual de moléculas. Aunque inicialmente no fue universalmente aceptada, esta ley fue reconocida como verdadera para 1850.

Johan van der Waals, nacido en 1837 y fallecido en 1923, fue un físico neerlandés galardonado con el Premio Nobel de Física en 1910. Fue profesor de física en la Universidad de Ámsterdam y se centró en la termodinámica, desarrollando una teoría sobre la continuidad de los estados líquido y gaseoso expresada en la ecuación de van der Waals. Sus descubrimientos sobre las fuerzas intermoleculares fueron nombrados fuerzas de van der Waals en su honor.

La termodinámica evolucionó de la tecnología a la ciencia, impulsada por preguntas prácticas como calcular el trabajo de la combustión del carbono. Es crucial para la ingeniería y la física química, ya que comprender los principios de la termodinámica es esencial para diversas aplicaciones. Estudiar termodinámica es fundamental para que los ingenieros puedan desempeñarse de manera efectiva y tener una amplia base de conocimientos para integrarse con otras disciplinas.