Breve historia de la Termodinámica
Summary
TLDREl script narrativo recuerda el desarrollo de la termodinámica a través de la historia, desde la invención de la máquina de vapor hasta la formulación de las leyes termodinámicas por científicos como James Prescott Joule y William Thompson (Lord Kelvin). Destaca la evolución de la comprensión sobre la naturaleza del calor, pasando de ser visto como un líquido imponderable a ser entendido como movimiento de partículas mínimas. El trabajo de estos científicos estableció el fundamento para la teoría moderna del calor y energía, con implicaciones prácticas significativas como el enfriamiento de gases y la producción de líquidos de estado crítico.
Takeaways
- 🌟 La máquina de vapor revoluciona la industria en Europa a finales del siglo XVIII, transformando manufacturas en explotaciones industriales modernas.
- 🔍 A mediados del siglo XIX, James Prescott Joule y William Thompson (Lord Kelvin) son fundamentales en el desarrollo de la termodinámica y la comprensión del calor.
- 🌡 Joseph Black, con su termómetro, descubre que puede medir la temperatura, pero no el calor efectivamente aportado a un cuerpo, como en el caso del derretir de hielo.
- 🧪 Los científicos franceses, como Lavoisier, desarrollan el calorímetro de hielo para medir el calor entregado por un cuerpo y observan diferencias en la cantidad de hielo derretido por diferentes materiales.
- 🔧 Rumford, con su teoría del calor como movimiento de partículas minúsculas, realiza un experimento que demuestra su teoría indirectamente a través del calentamiento de caños.
- 🎓 James Prescott Joule lleva a cabo una serie de experimentos que le llevan a descubrir la ley de Joule, relacionando el calor producido con la resistencia eléctrica, la intensidad de corriente y la duración de la corriente.
- 🔄 Joule establece una relación entre el trabajo mecánico y el calor, descubriendo que una cantidad específica de trabajo produce una cantidad específica de calor.
- 🤝 William Thompson (Lord Kelvin) y James Prescott Joule unen sus teorías para dar lugar a la termodinámica, con base en dos postulados fundamentales: la ley de conservación de la energía y la imposibilidad de transformar completamente el calor en trabajo mecánico.
- 🌬 Joule y Thompson estudian el cambio de temperatura de un gas al modificar la presión y descubren el efecto de enfriamiento conocido como el efecto Joule-Thomson.
- 🏭 El efecto de enfriamiento Joule-Thomson, aunque pequeño, tiene una enorme significación práctica y es utilizado para liqueficiar gases, como se demuestra en la posterior aplicación de los ingenieros alemanes.
- 🏆 Ambos científicos, Joule y Thompson, contribuyen de manera significativa al desarrollo de la termodinámica, estableciendo los cimientos de la física moderna y dejando un legado duradero en la historia de la ciencia.
Q & A
¿Cuál fue la invención que transformó las manufacturas en explotaciones industriales en Europa a fines del siglo XVIII?
-La máquina de vapor发明了一种新的奇妙发明,即蒸汽机,它改变了欧洲的制造业,将其变成了工业开采。
¿Qué descubrimiento hizo Joseph Black con la ayuda del termómetro novedoso?
-Joseph Black descubrió que era posible medir la temperatura de un cuerpo, pero no el calor efectivamente aportado al mismo. Por ejemplo, al derretir hielo, el calor aportado queda oculto en gran medida, aunque el termómetro siga midiendo 0 grados.
¿Qué experimento realizaron los científicos franceses en 1780 para medir el calor entregado por un cuerpo?
-Los científicos franceses desarrollaron un calorímetro de hielo con el cual midieron el calor entregado por un cuerpo, comprobando que el cobre y la madera de igual masa y temperatura derriten una cantidad diferente de hielo.
¿Cuál fue la teoría de James Prescott Joule sobre el calor?
-James Prescott Joule teorizó que el calor es la consecuencia del movimiento de partículas mínimas. Su teoría se basaba en la observación de que los conductores eléctricos y las bateriyas se calientan durante su funcionamiento.
¿Qué ley llevó el nombre de Joule y cuál es su contenido?
-La ley de Joule establece que el calor producido aumenta con la resistencia del conductor eléctrico, el cuadrado de la intensidad de corriente y la duración de la circulación de la corriente.
¿Cómo logró James Prescott Joule establecer una relación entre el trabajo mecánico y el calor generado?
-Joule realizó un experimento en el cual movió una rueda de paletas en el agua, calculando el trabajo mecánico empleado y comparándolo con el calor generado para establecer una relación inequívoca entre ambos.
¿Qué teoría sobre la termodinámica desarrolló William Thompson a partir de dos postulados fundamentales?
-William Thompson desarrolló la teoría de la termodinámica, basada en dos postulados fundamentales: la ley de conservación de la energía y el principio de que el calor no puede ser transformado completamente en trabajo mecánico, ya que siempre queda una parte sin usar.
¿Qué descubrimiento significativo hizo James Prescott Joule que fue honrado con el cambio de nombre de la unidad de energía?
-James Prescott Joule descubrió el equivalente mecánico del calor, es decir, que una determinada cantidad de trabajo mecánico produce una determinada cantidad de calor. Este descubrimiento fue tan significativo que en 1976 se cambió el nombre de la unidad de energía por el de joule.
¿Qué efecto tienen las presiones modificadas en el cambio de temperatura de un gas según los experimentos de James Prescott Joule y William Thompson?
-De acuerdo con los experimentos de Joule y Thompson, el cambio de presión en un gas provoca un cambio de temperatura. Por ejemplo, cuando la presión del aire dentro de un tubo disminuye al pasar por una tobera, el aire se enfría, lo que fue bautizado con sus nombres como el efecto Joule-Thomson.
¿Cómo se aplicó el efecto Joule-Thomson en la práctica para convertir gases en estado líquido?
-El efecto Joule-Thomson fue aplicado para convertir gases en estado líquido mediante la utilización de una bomba impulsada por vapor para bombear el gas a través de tuberías. El ingeniero alemán que lo aplicó logró llevar el aire a una temperatura tan baja que se tornó líquido, y este procedimiento se utiliza aún hoy en día para envasar gases en tanques o botellas.
¿Qué legado dejan James Prescott Joule y William Thompson en el desarrollo de la termodinámica?
-James Prescott Joule y William Thompson lograron un aporte decisivo al desarrollo de la termodinámica a través de sus investigaciones y experimentos. En particular, la ley de conservación de la energía se convirtió en el fundamento de la física moderna.
Outlines
🌟 La Revolución de la Máquina de Vapor y el Descubrimiento del Calor - El Siglo XVIII
Este párrafo introduce la revolución industrial impulsada por la máquina de vapor, originada en Inglaterra, y cómo transformó las manufacturas en explotaciones industriales modernas. Mientras los ingenieros construían máquinas cada vez más potentes, la ciencia aún no podía explicar exactamente cómo funcionaba la máquina de vapor ni la naturaleza del calor. A mediados del siglo XIX, surgieron teorías deductivas para explicar los fenómenos térmicos, con James Prescott Joule y William Thompson contribuyendo significativamente a la comprensión del calor como movimiento de partículas mínimas y la ley que lleva su nombre, relacionando el calor producido con la resistencia eléctrica, la intensidad de corriente y la duración de la corriente.
🔬 Experimentos y Teorías del Calor - Avances Científicos del Siglo XIX
Este segmento describe los experimentos y teorías desarrollados en el siglo XIX para entender el calor. Se menciona el trabajo del científico escocés Joseph Black, quien con un termómetro descubre que se puede medir la temperatura, pero no el calor efectivamente aportado. Los científicos franceses actúan con el calorímetro de hielo para medir el calor entregado por un cuerpo y descubren diferencias en la cantidad de hielo derretido por igual masa de cobre y madera. El estadounidense Rumford, con un experimento inusual, demuestra su teoría del calor como movimiento de partículas minúsculas, aunque solo unos pocos están dispuestos a apoyar su teoría.
🔧 James Prescott Joule y la Termodinámica - La Investigación del Calor y la Energía
Este párrafo se centra en la vida y trabajo de James Prescott Joule, un científico de Manchester que exploró la producción de trabajo mecánico mediante magnetismo y electricidad. A pesar de los avances en el motor eléctrico, Joule se da cuenta de las limitaciones económicas de competir con la máquina de vapor. Sin embargo, su atención se captura en el calentamiento de las baterías y conductores eléctricos, lo que lo lleva a realizar experimentos meticulosos. En 1841, Joule descubre la ley que lleva su nombre, relacionando el calor producido con la resistencia del conductor eléctrico, la intensidad de la corriente y la duración de la corriente. Este descubrimiento le permite establecer una relación entre el trabajo mecánico y el calor, siendo un hito significativo en la física.
🌡️ La Termodinámica de William Thompson y el Descubrimiento de la Relación entre Calor y Trabajo
Este segmento relata la vida y el trabajo de William Thompson, un joven científico irlandés que se topa con los experimentos de Joule y se impresiona con sus hallazgos. Thompson, que había estudiado la teoría de la máquina de vapor de Sadi Carnot, ve una contradicción con los experimentos de Joule. A lo largo de cuatro años, Thompson desarrolla su propia teoría del calor, conocida como termodinámica, basada en dos postulados fundamentales: la ley de conservación de la energía y el principio de que el calor no puede ser transformado completamente en trabajo mecánico. Estas teorías, junto con los experimentos de Joule, forman la base de la termodinámica moderna.
💡 Avances en la Comprensión del Calor - La Teoría del Calor como Movimiento de Átomos y Moléculas
Este párrafo describe cómo, a pesar de los avances en la termodinámica, la naturaleza del calor sigue siendo un misterio. Sin embargo, Joule vuelve a tomar la idea de Rumford sobre el calor como consecuencia del movimiento de partículas mínimas y, combinada con las nuevas leyes termodinámicas, se inicia un rápido desarrollo en la comprensión del calor. Años más tarde, Thompson y Joule llevan a cabo experimentos adicionales que analizan el cambio de temperatura de un gas al modificar la presión, lo que lleva a la comprensión del efecto de enfriamiento conocido como el efecto Joule-Thompson. Este descubrimiento, aunque con un efecto pequeño, tiene una enorme importancia práctica, como se demuestra en la técnica de liquefacción de gases desarrollada décadas más tarde.
Mindmap
Keywords
💡Máquina de vapor
💡Ciencia del calor
💡James Prescott Joule
💡William Thompson
💡Termodinámica
💡Ley de Joule
💡Segundo principio de termodinámica
💡Revolución Industrial
💡John Dalton
💡Lord Kelvin
💡Magnetismo y electricidad
💡Primer motor eléctrico
Highlights
Inventos y descubrimientos en el siglo XVIII transforman las manufacturas en explotaciones industriales.
La máquina de vapor inglesa es la invención que impulsa la revolución industrial en Europa.
La ciencia en el siglo XIX busca respuestas a cómo funciona la máquina de vapor y la naturaleza del calor.
James Prescott Joule y William Thompson tienen una participación decisiva en el estudio del calor y la termodinámica.
Joseph Black, con su termómetro, descubre que es posible medir la temperatura, pero no el calor efectivamente aportado a un cuerpo.
Los científicos franceses actúan laplace y desarrollan su calorímetro de hielo para medir el calor entregado por un cuerpo.
Con la teoría de Rumford, se demuestra que el calor es la consecuencia del movimiento de partículas minúsculas.
James Prescott Joule realiza experimentos para medir el calor producido por la resistencia eléctrica y formula su ley.
Joule descubre el equivalente mecánico del calor, estableciendo una relación entre trabajo mecánico y calor generado.
William Thompson desarrolla la termodinámica basada en dos postulados fundamentales: la ley de conservación de la energía y la imposibilidad de transformar completamente el calor en trabajo mecánico.
La teoría de Carnot sobre la máquina de vapor y la transferencia de calor es reinterpretada y corregida por Thomson.
Rudolf Clausius y Julius Robert Mayer llegan a conclusiones similares sobre la termodinámica, contribuyendo a su desarrollo.
La teoría del calor como movimiento de átomos y moléculas se desarrolla a partir de las leyes establecidas por Joule y Thomson.
Joule y Thompson estudian el cambio de temperatura de un gas al modificar la presión y descubren el efecto de enfriamiento.
El efecto de enfriamiento descubierto por Joule y Thompson es aplicado por el ingeniero alemán para congelar gases, lo que lleva a la técnica de estado líquido.
James Prescott Joule y William Thompson hacen un aporte significativo al desarrollo de la termodinámica.
La ley de conservación de la energía y los conceptos fundamentales de la termodinámica se convierten en el fundamento de la física moderna.
Joule pasa sus últimos años de vida en condiciones modestas, pero su trabajo es reconocido y sus结论保留.
Thomson se convierte en lord Kelvin y su trabajo en termodinámica lo lleva a ser admirado y sepultado junto a Isaac Newton.
Transcripts
A fines del siglo XVIII toda Europa se
admira frente a una nueva y maravillosa
invención la máquina de vapor partiendo
de Inglaterra ella transforma simples
manufacturas en modernas explotaciones
industriales
mientras los ingenieros construyen
máquinas cada vez más potentes la
ciencia queda la saga no se sabe
exactamente cómo funciona la máquina de
vapor ni Qué es en verdad el calor
recién A mediados del siglo XIX estas
preguntas se encuentran una respuesta
que sigue vigente hasta la actualidad
James fresco llull y William Thompson
tienen una participación decisiva en
ello
hace tiempo que los investigadores
discuten Qué es el calor
se observan los fenómenos térmicos y se
los explica con teorías deductivas quién
cree que la materia se compone de
mínimas partículas se imagina el calor
como movimiento de las mismas
quien en el siglo 18 sigue la teoría de
la electricidad prefiere imaginar el
calor como líquido imponderable en forma
semejante a cómo se veía la electricidad
en esa época
recién la aparición de nuevos
instrumentos permite progresar a los
investigadores ahora se trata de dar
explicaciones a los fenómenos que se
pueden medir el científico escocés
Joseph Black descubre con la ayuda del
novedoso termómetro que se puede medir
la temperatura de un cuerpo pero no el
calor efectivamente aportado al mismo
por ejemplo al derretir hielo el calor
aportado queda oculto en gran medida el
hielo se derrite frente al influjo del
calor pero el termómetro sigue midiendo
0 grados
en 1780 los científicos franceses actúan
laplace desarrollan su calorímetro de
hielo
con él miden el calor entregado por un
cuerpo
comprueban que el cobre y la madera de
igual masa y temperatura derriten una
cantidad diferente de hielo
[Música]
en esa época el estadounidense con the
roomford que trabaja en el sur de
Alemania crees saber lo que es el calor
la consecuencia del movimiento de
partículas minúsculas
un inusual experimento debe demostrar su
teoría
taladros Romos rotan en el interior de
caños los caños se calientan
rumford mide el calentamiento
indirectamente con el agua necesaria
para el enfriamiento
los experimentos causan sensación no así
la argumentación de rufort solo pocos
están dispuestos a avalar su teoría del
calor
el 24 de diciembre del año 1818 nace en
saltford cerca de la ciudad inglesa de
Manchester James press hijo de un
próspero fabricante de cerveza John
recibe una excelente educación privada
el científico probablemente más famoso
de Manchester John Dalton da clases de
aritmética geometría y química El joven
James despertando su vocación de
investigación el padre de Yule pronto le
instalará su propio laboratorio
la ovni presencia de la técnica en la
ciudad industrial de Manchester
impresiona al joven James observa las
primeras locomotoras de vapor y también
puede estudiar una máquina de vapor en
la cervecería de su familia
pero a James lo atrae otro tema que
tiene gran actualidad la producción de
trabajo mecánico mediante magnetismo y
electricidad
el famoso investigador inglés Michael
faraday había inventado en 1821 el
primer motor eléctrico prototípico
señalando el camino a seguir desde
entonces muchos científicos intentaron
desarrollar un motor eléctrico
verdaderamente apto para funcionar
sin embargo pronto llull debe reconocer
que el motor eléctrico tiene escasas
posibilidades de competir económicamente
con la máquina de vapor es demasiado
elevado el consumo de zinc y líquido de
batería pero un fenómeno ha captado su
atención en estas investigaciones
durante el funcionamiento la batería y
los conductores eléctricos sufren un
gran calentamiento acaso es Esa la causa
del escaso rendimiento de su motor
eléctrico
durante meses llull realiza meticulosas
series de experimentos haciendo pasar
corriente eléctrica por alambres
metálicos de distinto largo y espesor
así como de diferente material
simultáneamente mide el calor producido
en 1841 sus investigaciones conducen a
la ley que lleva su nombre el calor
producido aumenta con la resistencia del
conductor eléctrico el cuadrado de la
intensidad de corriente y la duración de
la circulación de la corriente
después de este hallazgo sigue
trabajando en la medición de la
formación de calor durante diversos
procesos por ejemplo durante el
movimiento de una rueda de paletas en el
agua en este experimento es
particularmente fácil calcular el
trabajo empleado pues para impulsar la
rueda se usan dos pesas de plomo
suspendidas por sogas con el peso de las
mismas y la altura de la caída jule
puede calcular el trabajo mecánico
las pesas de plomo descendentes ponen en
movimiento la rueda de paletas Esto hace
que se caliente el agua
Yule compara el calor generado con el
trabajo mecánico que impulsa la rueda
[Música]
no es una tarea sencilla pues la
elevación de la temperatura del agua es
muy escasa
jule necesita termómetros
particularmente exactos que hace
fabricar para este fin
finalmente you logra establecer una
relación inequívoca entre el trabajo
realizado y la elevación de la
temperatura
de ese modo descubre el equivalente
mecánico del calor una determinada
cantidad de trabajo mecánico produce una
determinada cantidad de calor un
descubrimiento significativo en honor al
mismo en 1976 se cambia el nombre de la
unidad de energía por el de
jule desea compartir sus conclusiones
con otros científicos pero como
investigador desconocido que nunca ha
estudiado casi no le prestan atención
para empeorar las cosas su tesis de la
generación de calor se opone a la teoría
imperante
solo un joven científico ascendente se
siente impresionado por sus experimentos
William Thompson
el Irlandés William Thompson comenzó sus
estudios en Glasgow más tarde se cambió
la renombrada universidad de Cambridge
después de un período de investigaciones
en París Thompson es nombrado profesor
de ciencias naturales en Glasgow a los
22 años
durante su estudio ya se había dedicado
a la investigación del calor
en París había intentado conseguir los
manuscritos de un investigador francés
ya casi olvidado
este había publicado su teoría de la
máquina de vapor en 1822
él la comparaba con la fuerza del agua
así como el agua cae de una determinada
altura impulsando una rueda de molino
así en la máquina de vapor el calor
fluiría de una temperatura mayor a una
temperatura inferior
así como la cantidad de agua permanece
constante en el molino de agua el calor
en la máquina vapor tampoco sufriría
cambios
señaló que una cantidad de calor
absorbida siempre tiene que volver a ser
entregada después de realizar un trabajo
mecánico
O sea que la teoría de carnot estaba
basada en un circuito térmico cerrado en
él ya está presente el calor y no
necesita ser producido
en esto Thomson veía una contradicción
con jule pues este había comprobado que
el trabajo mecánico genera calor
a Thomson le llevó cuatro años encontrar
la solución del problema
ambos tienen razón Julie
solo hay que unir correctamente sus
teorías como consecuencia lógica Thomson
desarrolla su nueva teoría del calor la
termodinámica a partir de dos postulados
fundamentales
el primero resume las conclusiones de
jule el calor solo es una forma de
energía que es generada por ejemplo
mediante trabajo mecánico
si se contempla un sistema aislado
entonces la energía contenida en él
puede pasar de una forma a otra pero en
su totalidad no puede aumentar ni
disminuir por ello el primer postulado
fundamental de la termodinámica se llama
ley de conservación de la energía
el segundo postulado fundamental resume
Las observaciones de carnot el calor
nunca puede ser transformado plenamente
en trabajo mecánico una parte siempre
queda sin usar
toda máquina térmica entrega una parte
del calor que le es provisto en forma de
descarga de calor o sea que las
transformaciones no son equivalentes en
ambos sentidos
otros científicos llegan a conclusiones
parecidas el físico alemán rudolf
clausus Incluso se adelanta en un año a
Thompson con su publicación
justamente en relación con la primera
ley se mencionan muchos descubridores
entre ellos también el médico alemán
Julius Robert Mayer lo que resulta
indiscutible jule ha presentado los
experimentos más meticulosos para
demostrar sus teorías
Por cierto con ello aún no se ha
contestado la pregunta acerca de la
naturaleza del calor pues la
termodinámica en un comienzo solo se
dedica magnitudes que se pueden medir y
las relaciones entre las mismas sin
embargo jula avanza un paso más él
vuelve a tomar la idea de rumford que el
calor es la consecuencia del movimiento
de partículas mínimas
las primeras conclusiones de jula aún
son muy vagas pero sobre la base de las
nuevas leyes de la termodinámica
comienza un rápido desarrollo
sin embargo tendrán que pasar varias
décadas hasta que los científicos puedan
formular y demostrar fehacientemente la
teoría del calor como movimiento de
átomos y moléculas
Julie Thompson que mientras tanto se han
hecho grandes amigos se dedican en los
años sucesivos a otros experimentos en
el campo de la termodinámica retoman
ensayos anteriores de jule y analizan el
cambio de temperatura de un gas al
modificar la presión
hacen circular aire por un tubo en cuya
transición al émbolo de vidrio se
encuentra una tobera
la presión del aire dentro del tubo es
mayor antes de la tobera que después de
ella la repentina caída de presión al
pasar por la tobera provoca un cambio de
temperatura en el caso del aire se
produce un enfriamiento
durante 10 años se extiende su proyecto
de investigación hasta el estado
británico apoya a July Thompson mientras
que en los primeros ensayos todavía
tienen que bombear el gas manualmente a
través de las tuberías más tarde pueden
adquirir una bomba impulsada por vapor
aun cuando el efecto de enfriamiento
comprobado por July Thompson bautizado
con sus nombres es muy pequeño tiene una
enorme significación práctica como
quedará demostrado 40 años más tarde
en 1895 el ingeniero alemán
aplica el efecto joules son tantas veces
seguidas como para lograr llevar el aire
a una temperatura tan baja que el mismo
se torna líquido con este procedimiento
aún hoy se siguen llevando estado
líquido los gases para envasarlos en
tanques o botellas
los amigos James frescos y William
Thompson han logrado gracias a sus
perseverantes investigaciones un aporte
decisivo al desarrollo de la
termodinámica
los dos postulados especialmente la ley
de conservación de la energía se
convirtieron en fundamento de la física
moderna
[Música]
pasó los últimos años de su vida bajo
condiciones muy modestas la reina
Victoria le otorgó una pequeña pensión
en 1889 murió en sales cerca de
Manchester
Thomson En cambio es incorporado a la
nobleza como sil luego se hace famoso y
admirado como lord Calvin el
multifacético físico muere en 1907 y es
sepultado en la abadía de Westminster
directamente al lado del Grand Isaac
Newton
[Música]
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