APUNTES DE CIENCIA

INTRODUCCIÓN

En nuestra vida cotidiana tenemos innumerables contactos con dispositivos que transforman una forma de energía en otra. Ejemplos típicos lo son el encender una luz, utilizar un refrigerador, poner en marcha el motor de un automóvil, encender un calentador de agua, gas u otro combustible y muchos más. En el primer ejemplo de esta lista, la energía eléctrica que consumimos setransforma por el foco en energía luminosa; en el refrigerador la energía eléctrica pone a operar un motor que a través de un proceso mecánico enfría su interior; en el caso de un motor de combustión, como el de un automóvil, la energía mecánica que permite a un vehículo ponerse en movimiento y, en un calentador, la energía química, del combustible sirve para calentar la estancia donde está ubicado. Ellector puede pensar en muchísimos ejemplos más y finalmente preguntarse si existen reglas o leyes generales, como decimos los físicos, que rijan la forma en que deben ocurrir todos estos procesos y transformaciones. En este libro hablaremos extensivamente de ellas y de otras posibles aplicaciones. En lenguaje llano diríamos que vamos a estudiar las leyes de un área de la ciencia correctamentellamada la termostática, aunque por razones prácticas se le denomina comúnmente la termodinámica.


I. BOSQUEJO HISTÓRICO

HOY en día es común pensar que en el complejo proceso de creación, asimilación y aplicación del conocimiento científico, la tecnología es la última etapa que emana de la investigación científica. Si bien es cierto que existe una complicada interrelación entre la ciencia y latecnología, al grado que es difícil pensar que ésta última sea ajena al quehacer científico, no siempre fue así. Cierto es que por ejemplo las comunicaciones, alámbricas e inalámbricas, surgen de la comprensión del comportamiento del campo electromagnético a través de los estudios de Faraday, Maxwell y Hertz en la segunda mitad del siglo pasado. Así, una tecnología emanó de los resultados de lainvestigación científica. Pero en el caso de los dispositivos que transforman energía y en particular energía térmica en trabajo mecánico, la situación fue completamente la opuesta. Estos últimos dispositivos, que ahora llamaremos máquinas térmicas se desarrollaron desde su forma más incipiente, en el siglo XVIII, hasta prácticamente la forma en que las conocemos hoy en día, lo que ocurrió ya haciamediados del siglo XIX, sin que hubiese existido la menor comprensión sobre las causas teóricas, esto es, la explicación científica de su funcionamiento. Hagamos pues un poco de historia.
La primera máquina térmica de que tenemos evidencia escrita fue descubierta por Hero de Alejandría ( ~ 130 a.C.) y llamada la aeolipila. Es una turbina de vapor primitiva que consiste de un globo huecosoportado por un pivote de manera que pueda girar alrededor de un par de muñones, uno de ellos hueco. Por dicho muñón se puede inyectar vapor de agua, el cual escapa del globo hacia el exterior por dos tubos doblados y orientados tangencialmente en direcciones opuestas y colocados en los extremos del diámetro perpendicular al eje del globo. Al ser expelido el vapor, el globo reacciona a esta fuerza y giraalrededor de su eje. 




La Aeolipia de Herón de Alejandría.



En la misma obra de Hero se describe también el primer prototipo de una máquina de presión, que después fue motivo de varios estudios por Matthesuis en Alemania en l57l, de Caus en Francia en 1615 y en Italia por Ramelli en 1588, della Porta en 1601 y Branca en 1629. Posteriormente, en 1663, Edward Somerset, el segundomarqués de Worcester, en su obra Un siglo de invenciones describe un método para elevar un volumen de agua usando vapor. Su descripción es obscura y carece de dibujos; y subsiste la duda de si construyó o no la máquina. No fue sino hasta los años de 1698 a 1725 cuando la idea de Somerset fue puesta en práctica y utilizada para satisfacer diversas necesidades. En 1698 Thomas Savery obtuvo una patente...