HISTORIA DE LA CIENCIA - El siglo XIX
LAS TRANSFORMACIONES DE LA MATERIA Y LA ENERGIA
LOS PROCESOS TERMICOS: LA CONSERVACION DE LA ENERGIA Y LA ENTROPIA. —
Durante las décadas que vieron el desarrollo de la teoría atómica, importantes búsquedas
elucidaron la naturaleza del calor y sus relaciones con otras formas de energía, y llevaron al
descubrimiento de la ley natural más general. Al buscar las condiciones del rendimiento
máximo de la máquina de vapor, el joven francés SADI CARNOT (1796-1832) llegó a la
conclusión de que la cantidad de trabajo producido por la máquina sólo depende de la
diferencia de temperatura entre la fuente caliente, la "caldera", y la fuente fría, el
"condensador". Admitir que el rendimiento podría depender de otros factores, por ejemplo, de
la construcción de la máquina, equivaldría —demuestra Carnot— a admitir la posibilidad del
perpetuam mobile. Por otra parte, no escapa a sus sagaces razonamientos que el ciclo de
transformación —el "ciclo de Carnot"— que sufre el vapor entre las dos fuentes del dispositivo
térmico, sólo sería perfectamente reversible en una máquina ideal, dado que en las máquinas
reales el rozamiento y la conducción térmica, que son procesos irreversibles y entrañan
pérdida de trabajo, no pueden ser nunca completamente eliminados. La muerte prematura de
Carnot le impidió completar su trabajo; terminó sus días —víctima del cólera— a los 36 años
de edad. Su obra cayó pronto en el olvido. Sin embargo, sus ideas habían de cobrar, a
mediados del siglo XIX, primordial importancia.
En su breve tratado Sobre la potencia motriz del fuego (1824), Carnot se adhirió a la doctrina
—casi generalmente aceptada en su época— de que el calórico sería un fluido indestructible y
creyó que la máquina de vapor funcionaba bajo la acción de la gravedad, por la caída del
calórico de la alta temperatura de la caldera a la baja del condensador. Si hubiese concebido
que el calor se consume en su máquina metamorfoseándose en trabajo, hubiera podido llegar
a la primera y cardinal ley de la energía. El paso decisivo fue dado por el médico alemán
JULIUS ROBERT MANER (1814-1878). Sin conocer los trabajos del precursor francés y
partiendo de otras premisas, el profundo pensador reconoce, con admirable clarividencia, que
dos cosas tan distintas como calor y trabajo mecánico son dos aspectos del mismo fenómeno,
transformables uno en el otro. En la máquina de vapor, afirma, un determinado número de
calorías desaparece, mientras que otro y determinado número de kilográmetros de trabajo
aparece; entre estas dos magnitudes rige una relación fija, una equivalencia rigurosa,
caracterizada por el equivalente mecánico del calor. Análoga equivalencia subsiste también en
las transformaciones de otras formas energéticas, de las cuales da Mayer veinticinco
espectaculares ejemplos. Por una formidable generalización reconoce la validez de la
conservación de la energía para el Cosmos entero. "No hay en realidad —enuncia Mayer la
ley— más que una y sola energía. En cambios eternos circula a través de la naturaleza muerta
y viviente. Ningún proceso es concebible sin cambio de sus formas".
La primera y clásica memoria de Mayer, Observaciones sobre las fuerzas de la naturaleza
inanimada (1842) , que invoca en apoyo de su tesis más bien argumentos filosóficos (la validez
del principio de causalidad) que físicos, chocó con la indiferencia de los hombres de ciencia,
que buscaron en vano en el escrito del médico el resultado comprobatorio de experimentos.
Ese resultado fue dado por el investigador inglés JAMES PRESCOT JOULE (1818-1889), que
llegó con independencia de su predecesor y casi simultáneamente con él al mismo
descubrimiento. Estableció el valor del equivalente, demostrando con una serie de
experimentos la certeza de la ley de la energía, a la cual -en 1847 HERMANN HELMHOLTZ
(1821-1894) dio la imprescindible estructura matemática.
La ley de Mayer enuncia la constancia —en todos los procesos de la naturaleza—de la
cantidad de energía; sin embargo, ésta posee una segunda e importante característica, cuyos
indicios aparecían, aunque vagamente, en los razonamientos de Carnot: la calidad de la
energía, su transformabilidad en otra forma energética. El calor, por ejemplo, no puede
convertirse, como reconociera Carnot, integralmente ni en trabajo mecánico ni en otras formas
energéticas. Como en cada proceso del mundo sensible se engendra un residuo de calor, la
cantidad de la energía térmica en un sistema cerrado crece en cada transformación del sistema
a expensas de otras formas energéticas. La transformabilidad de la energía disminuye, su
cualidad se degrada; la magnitud que mide la degradación de la energía, su creciente
intransformabilidad, se llama entropía, noción capital cuyo descubrimiento fue hecho en 1854
por RUDOLF CLAUSIUS (1822-1888).
La ley de la entropía fue aplicada por el físico inglés
WILLIAM THOMSON, LORD KELVIN (1824-1907), a la totalidad del Cosmos, al que supuso
un sistema cerrado. La irreductibilidad del calor en las demás formas de la energía, concluye
Thomson, entraña fatalmente, en el transcurso de los años cósmicos, la transformación de
todas las reservas de energía en calor. Terminada esta transformación, se restablecería un
equilibrio térmico, excluyendo desde entonces toda posibilidad de cambios físicos. Así, el
aumento de la entro-pía conduce a la muerte térmica del Universo. Clausius se adhirió a las
ideas de Thomson y dio en 1865 a las dos leyes trascendentales de la energía la siguiente
forma: 1) La cantidad de energía del Universo es constante: 2) la entropía del Universo tiende
hacia el máximo.
