fagm 1.99

Recursos de un profesor de física y química de la enseñanza pública

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Hacia una ley de conservación de la energía

Durante la primera mitad del siglo XIX, una serie de contribuciones diversas mostraron que existía una relación entre el calor y otras formas de energía. La conversión de energía cinética en calor, como ocurre al martillear un clavo sobre un yunque, era de general conocimiento; lo mismo ocurría con la liberación de calor en las reacciones químicas.

En la fábrica de cañones, Rumford aseguraba: 'Puede obtenerse más calor usando más pienso para la alimentación de los caballos'. Todo iba como en una circunferencia: la energía química almacenada en las moléculas de forraje vigorizaba a los caballos, los cuales realizaban trabajo en la maquinaria que movía la perforadora contra la pieza de latón, que se calentaba por rozamiento.

En 1842 se reunieron en un ensayo diversas ideas básicas sobre la interconexión del calor y el trabajo. Fue escrito por el joven y desconocido médico alemán J.R. Mayer (1814-1878). Con un estilo atrevido, especulativo, propuso que las distintas formas de energía

son cuantitativamente indestructibles y cualitativamente convertibles; todas las manifestaciones de la energía (potencial, cinética, trabajo, calor) son transformables unas en otras y la energía como un todo se conserva.

Su ensayo -un trabajo genial, seguramente- no tenía, sin embargo, una confirmación experimental exacta y fue ridiculizado por ello y tildado de aficionado. Esto, unido a la muerte de dos de sus hijos, provocó en Mayer trastornos mentales. Casi al final de su vida se recuperó y fue testigo del triunfo de sus ideas, recibiendo el reconocimiento que merecía.

Una vez establecido que trabajo y calor son manifestaciones de una misma cosa -la energía-, el paso siguiente fue encontrar una relación cuantitativa, numérica, entre los mismos. Apareció, entonces, el importante trabajo del científico 'amateur' Joule.

James P. Joule (1818-1889) fue un próspero cervecero de Manchester que se dedicó a la ciencia desde una temprana edad. Europa, en los años 1830, se encontraba en pleno apogeo de la revolución tecnológica. La industria dependía de la máquina de vapor para obtener la potencia mecánica generada por el calor suministrado por los combustibles. Faraday había descubierto la inducción electromagnética y los primeros generadores de corriente eléctrica. En esta atmósfera, Joule concibió la idea, sostenida simultáneamente por otros investigadores, de una posible relación cuantitativa entre el trabajo y el calor.

Joule realizó una serie de experimentos, cada vez más exactos, sobre la producción de calor en el agua por efecto del rozamiento. El aparato que utilizó estaba formado por una rueda de paletas de latón que giraban horizontalmente en un recipiente lleno de agua. El movimiento de la rueda se conseguía por medio de las pesas que caían. El trabajo efectuado por el peso al caer se transformaba por fricción en calor, con lo que se elevaba la temperatura del agua.

Se observó que la cantidad de calor producido por fricción de los cuerpos, tanto sólidos como líquidos, era siempre proporcional a la cantidad de energía gastada. Joule encontró la siguiente equivalencia: 1 cal = 4'18 J, que expresamos en la unidad de energía actual: el julio o joule, denominada así en su honor.

En los últimos años de la década de 1860 el calórico era ya un concepto moribundo. Las experiencias de Joule aportaron una argumento definitivo en favor de la idea de que el calor es una forma de transferir energía de un cuerpo a otro.

Cuestiones

(a) ¿De acuerdo con el texto anterior, cuál es la aportación fundamental de Mayer?

(b) ¿Por qué es importante el trabajo de Joule?

(c) Si tuvieses que asignar los calificativos "teórico" y "experimental" a los dos científicos citados, ¿cómo lo harías?