La Termodinámica de Carnot a Clausius

La Termodinámica de Carnot a Clausius.
Justo R. Pérez Cruz
Catedrático de Física Aplicada. Facultad de Física
Universidad de La Laguna.
Conferencia impartida en el Curso “La Ciencia Europea antes de la Gran Guerra” Organizado por la Fundación
Canaria Orotava de Historia de la Ciencia los días 5 y 6 de Noviembre de 2007 en La Orotava (Tenerife) y Las
Palmas de Gran Canaria, respectivamente.Resumen.
Se realiza un resumen histórico del desarrollo de la Teoría Mecánica del Calor,
posteriormente referida como Termodinámica, en el intervalo que va desde la
publicación en 1824 de la obra “Reflexiones sobre la potencia motriz del fuego” del
francés Sadi Carnot, al establecimiento en 1865 del concepto de entropía por parte del
alemán Rudolf Clausius. Se discute el contexto del desarrollo ymejora de las máquinas
de vapor en el que aparecen estos trabajos, y se comenta como su ámbito de aplicación
desbordará posteriormente con amplitud el campo de inicio de la discusión.

1. Introducción
El título de esta charla “La
Termodinámica de Carnot a Clausius”,
y el contexto en el que está situada: “La
Ciencia Europea antes de la Gran
Guerra”, nos invita a reflexionar sobre
la cimentación de lasbases de la
Termodinámica, sus leyes fundamentales, y las repercusiones que éstas
tuvieron sobre el desarrollo industrial y
militar del finales del siglo XIX y
principios del siglo XX.
Ciñéndonos estrictamente al título de la
charla, podemos situar como el inicio
conceptual de este proceso la obra
“Reflexiones sobre la potencia motriz
del fuego y sobre las máquinas
diseñadas para desarrollar dichapotencia” publicada en 1824 por el
joven ingeniero francés Sadi Carnot
(1796-1832),
mientras
que
la
culminación del mismo podríamos
entenderla como la obra “Sobre las
diferentes formas de las ecuaciones

fundamentales de la teoría mecánica
del calor” publicada en 1865 por el
alemán Rudolf Clausius (1822-1888).
Sin embargo, todo desarrollo científico
requiere de un contexto previo, un caldo
decultivo, a la vez que sus
consecuencias no terminan con la
publicación de las leyes fundamentales,
sino que se extienden mucho más allá
de las mismas, a veces tomando
ramificaciones completamente inesperadas e insospechadas.

2. Las máquinas de vapor.
Es habitual, cuando se habla del
desarrollo de los ingenios para obtener
efecto mecánico a partir del fuego, o
máquinas
térmicas,
sentar
los
precedentesen algunos dispositivos
ideados por los antiguos griegos, como
por ejemplo el de Herón de Alejandría,
en el que la salida del vapor es capaz de
provocar la rotación de un recipiente y
que hoy podemos verlo representado de
manera habitual en nuestras cocinas en

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la rotación de la válvula de salida de
una olla a presión.
La fuerza expansiva del vapor era
conocidadesde muy antiguo, si bien, al
contrario que de la fuerza del viento o
del agua, no parece que se hiciera un
uso controlado de la misma, al menos
de forma extendida. Esta fuerza
expansiva es mencionada en algunos
tratados renacentistas llamando además
la atención sobre el hecho de que
cuando un recipiente lleno de vapor es
enfriado provocando su condensación,
se crea un vacío en el mismo capaz desuccionar un fluido, por ejemplo agua.
Sin embargo, es el inglés Thomas
Savery (1650-1715), inspirado en
algunos diseños del francés Denis Papin
(1647-1712) el que desarrolla la primera
máquina que podemos entender como
de uso industrial para conseguir un
efecto mecánico, (en este caso el
bombeo de agua de las minas de
carbón) a partir de la condensación del
vapor.
En el dispositivo
de Savery, elenfriamiento del
vapor inyectado
en una cámara,
provoca la succión del agua en
la misma desde
el fondo del
pozo, sirviendo
el posterior aporte de vapor para
desalojarla hacia
la superficie con
la ayuda de un sencillo sistema de
válvulas.
Es de destacar que el dispositivo de
Savery es estático, es decir no contiene
partes móviles, y que no es válido para
otra función que la de achicar agua.
Este...