Atomismo y Termodinámica

La teoría atómica de la materia, a la que se ha hecho referencia en los últimos tres posts, es obra, como se ha visto, de científicos dedicados a la química. Otros científicos, estos dedicados a la física y más concretamente a la termodinámica, o área de conocimientos relacionada con la energía, el calor, el trabajo y el movimiento, estaban creando su disciplina en aquellos años. Ya hemos dicho que como iniciador de todo hay que considerar al francés Sadi Carnot (1796-1832), como descubridor y difusor de la obra de éste a Emile Clapeyron (1799-1864), y como verdaderos padres a Clausius, Thomson, Maxwell y Botzmann. Entre los dos primeros y los cuatro segundos hay una figura que resulta fundamental destacar. Se trata del inglés James Joule (1818-1889), el eslabón entre los dos grupos y, probablemente, el que relacionó por primera vez las leyes de la termodinámica, relativas a la conservación de la energía y a la transformación del calor en trabajo, con la naturaleza atómica de la materia.

Joule, como otros científicos de la época, mostró interés por todos los conocimientos nuevos de aquellos tiempos. Comenzó interesándose por el electromagnetismo y llegó a imaginar un motor eléctrico más potente que las máquinas de vapor de entonces. Estudió la naturaleza del trabajo y de la energía, y escribió sobre las relaciones existentes entre la electricidad y el calor. En cuanto a la hipótesis atómica de la materia, publicó un trabajo en 1848 en el que el que calculaba la velocidad media a la que se mueven las moléculas de un gas. Calculó de hecho, que a una temperatura de 15,5 ºC y a una presión correspondiente a 76,2 cm de mercurio, las partículas de un gas encerrado en un recipiente se movían a una velocidad de 1.897,54 metros por segundo.

William Thomson (1824-1907) conoció a Joule con 22 años, edad a la que consiguió su cátedra de filosofía natural en Glasgow. Aunque Joule era sólo seis años mayor que Thomson, su vida profesional duró pocos años, mientras que la de Thomson fue muy larga y fructífera. Se jubiló con 75 años en la Universidad de Glasgow y siguió estudiando allí mismo varios años más. En 1982 fue nombrado barón Kelvin de Largs, siendo conocido en la historia de la ciencia como Lord Kelvin. Joule y Thomson fueron amigos y el segundo aprovechó las aportaciones realizadas por el primero, las desarrolló y perfeccionó.

Lord Kelvin y el alemán Rudolf Clausius (1822-1888) trabajando en paralelo y durante cierto tiempo sin conocimiento uno del otro, fueron los que pulieron y formalizaron la termodinámica. Hicieron de ella una verdadera ciencia, recogieron y explicaron sus leyes, fundamentalmente las dos primeras leyes, a las que ya hemos hecho amplia referencia, y trabajaron sobre la temperatura y su escala. El primero acuñó la denominación “termodinámica”, como también hemos dicho, y el segundo concibió la idea de “entropía” y utilizó dicho neologismo, traído del griego antiguo para referirse al “desgaste”, evolución, o enfriamiento natural de nuestro mundo. Kelvin trabajó sobre el concepto de temperatura y dejó claro que un cierto cambio en la temperatura de un cuerpo corresponde a una cierta capacidad de trabajo. Relacionado con ello inventó la escala absoluta de temperatura dentro de la cual estableció la existencia de una temperatura mínima posible (-273 ºC ó 0 en la escala Kelvin) a partir de la cual es imposible extraer más calor de un sistema.