Vamos a hacer un viaje por la historia de la termodinámica, esa parte de la física que estudia el calor, la energía y cómo estas se transforman.
Para entender cómo llegamos a saber tanto sobre este tema, es importante conocer a las grandes mentes que hicieron importantes descubrimientos.
Vamos a hablar de los científicos más destacados de la termodinámica, sus vidas, algunas curiosidades, y el papel fundamental que jugaron en la evolución de esta ciencia.
Sadi Carnot (1796-1832) – El padre de la termodinámica
Empecemos con uno de los más importantes, el francés Sadi Carnot.
A Carnot se le considera uno de los pioneros de la termodinámica, a pesar de que no llegó a ver el desarrollo completo de esta ciencia, ya que falleció joven a los 36 años, víctima del cólera. Carnot nació en París, en una familia con fuertes conexiones políticas y científicas, lo que le permitió estudiar en las mejores instituciones de la época, como la Escuela Politécnica de París.
Lo que hace a Carnot tan importante es que fue el primero en entender cómo funcionaban las máquinas térmicas, es decir, aquellas que convierten calor en trabajo.
En su famoso libro "Reflexiones sobre la potencia motriz del fuego" (1824), propuso que las máquinas de vapor no podían funcionar sin una diferencia de temperatura entre una fuente caliente y una fría. Básicamente, el motor de vapor necesitaba una "corriente" de calor desde lo caliente hacia lo frío para hacer trabajo útil.
Además, Carnot introdujo el concepto del "ciclo de Carnot", un ciclo teórico que describía cómo operar la máquina térmica más eficiente posible.
Un dato curioso de Carnot es que nunca fue completamente valorado en su época. De hecho, murió en el anonimato, y solo años más tarde sus ideas serían reconocidas y comprendidas en su totalidad.
Fue más bien un visionario que, aunque murió joven, dejó una huella que cambiaría el rumbo de la física.
James Prescott Joule (1818-1889) – El hombre de la energía
Pasemos ahora a un nombre muy conocido: James Prescott Joule, un físico inglés que nació en una familia acomodada.
La familia Joule tenía una cervecería, pero James desde joven demostró ser más un hombre de ciencias que un amante de la cerveza. A él se le atribuye la famosa ley de la conservación de la energía, algo básico en la termodinámica.
Joule realizó experimentos en los que demostraba que la energía mecánica y el calor están relacionados, es decir, se pueden transformar una en la otra. Este descubrimiento llevó a la formulación del primer principio de la termodinámica, que establece que la energía no se crea ni se destruye, solo se transforma.
Lo hizo realizando experimentos bastante rudimentarios pero ingeniosos, como el famoso experimento del molino de agua, donde medía el calor generado al agitar agua mediante un sistema de pesas y poleas.
Lo curioso de Joule es que, a pesar de haber realizado experimentos tan importantes, no era un científico académico formal. Joule no trabajaba en ninguna universidad, sino que era autodidacta y financiaba sus propios experimentos, incluso construyendo su propio equipo de laboratorio.
Además, le gustaba tanto la ciencia que incluso medía la temperatura del agua mientras estaba de vacaciones en los Alpes.
Rudolf Clausius (1822-1888) – El señor de la entropía
Otro nombre esencial en la historia de la termodinámica es el físico alemán Rudolf Clausius.
A Clausius le debemos el concepto de entropía, una palabra que probablemente has escuchado en clase de física o química. Nació en una pequeña ciudad de lo que hoy es Polonia, pero estudió en Berlín y más tarde enseñó en universidades alemanas.
En 1850, Clausius reformuló las ideas de Carnot y de Joule, proponiendo el segundo principio de la termodinámica, el cual dice que, en cualquier proceso natural, la entropía del universo siempre aumenta. La entropía, de manera sencilla, es una medida de desorden: cuanta más entropía, más caótico es un sistema.
Clausius se dio cuenta de que, aunque la energía se conserva (primer principio de la termodinámica), la calidad de esa energía cambia, y siempre hay una parte que se "pierde" en forma de calor no utilizable.
Clausius también tuvo un papel importante en la unificación del estudio del calor con la electricidad y la teoría cinética de los gases. De hecho, fue un defensor clave de la teoría atómica cuando esta aún era controvertida.
William Thomson (Lord Kelvin) (1824-1907) – El hombre del frío extremo
Ahora hablemos de un científico británico que es prácticamente una leyenda, William Thomson, más conocido como Lord Kelvin. Seguro que alguna vez has oído hablar de los grados Kelvin, la unidad de medida de temperatura que lleva su nombre. Pues bien, Lord Kelvin fue uno de los más grandes físicos de su tiempo y aportó mucho a la termodinámica.
Kelvin fue uno de los primeros en establecer una escala de temperatura absoluta, lo que conocemos hoy como la escala Kelvin. En esta escala, el cero absoluto (-273,15 ºC) es la temperatura más baja posible, donde las moléculas no tienen energía cinética y todo se detiene.
Esto fue un hito porque hasta ese momento, todas las escalas de temperatura eran relativas, como los grados Celsius o Fahrenheit.
Además, Kelvin trabajó junto con Joule en el famoso experimento Joule-Thomson, donde demostraron que cuando un gas se expande sin hacer trabajo, su temperatura disminuye, un fenómeno clave para entender cómo enfriar gases y, por tanto, crear sistemas de refrigeración modernos.
Como dato curioso, Kelvin fue un apasionado de los cables submarinos, y ayudó a instalar el primer cable telegráfico transatlántico, lo que permitió la comunicación instantánea entre Europa y América.
No era solo un teórico, sino que le gustaba aplicar sus conocimientos de la física a la ingeniería y la tecnología práctica.
Ludwig Boltzmann (1844-1906) – El estadístico de los átomos
Pasemos ahora a un personaje muy interesante y, para muchos, trágico: el físico austríaco Ludwig Boltzmann.
Boltzmann es conocido por ser el creador de la mecánica estadística, una teoría que explica cómo las propiedades macroscópicas de los sistemas, como la temperatura y la presión, surgen de las interacciones de muchas partículas individuales.
Boltzmann fue uno de los primeros en defender la idea de que la materia está compuesta por átomos y moléculas, algo que hoy damos por hecho, pero que en su época era muy debatido.
Usando esta idea, pudo explicar la segunda ley de la termodinámica en términos de probabilidad: los sistemas tienden al desorden (aumentan su entropía) porque es estadísticamente más probable que las partículas se distribuyan de manera desordenada que de forma ordenada.
Tristemente, Boltzmann tuvo una vida personal difícil. A pesar de sus brillantes contribuciones a la física, fue fuertemente criticado por algunos de sus colegas que no aceptaban la idea de los átomos.
Esta presión, junto con otros problemas personales, lo llevaron a suicidarse en 1906. Hoy en día, Boltzmann es recordado como uno de los padres de la física moderna, y su ecuación S=k⋅lnW, que relaciona la entropía con la probabilidad, está grabada en su lápida.
Josiah Willard Gibbs (1839-1903) – El maestro de la energía libre
El siguiente en nuestra lista es el estadounidense Josiah Willard Gibbs, un científico que fue un genio en matemáticas y física, pero que vivió una vida bastante tranquila y sin muchas excentricidades.
Gibbs no fue tan famoso en su época, en parte porque su trabajo era muy abstracto, pero sus ideas son fundamentales para la termodinámica y la química moderna.
Gibbs introdujo el concepto de energía libre, que es una medida de la cantidad de trabajo útil que un sistema puede realizar. La energía libre de Gibbs permite entender cómo ocurren las reacciones químicas y los procesos termodinámicos. Gracias a él, los científicos pudieron predecir qué reacciones serían espontáneas y cuáles no.
Aunque Gibbs no viajaba mucho y prefería quedarse en su laboratorio en Yale, sus contribuciones se extendieron por todo el mundo.
Como curiosidad, era tan modesto que cuando sus colegas intentaron darle un premio, se sintió incómodo y lo rechazó. Aun así, su nombre es fundamental en la historia de la termodinámica.