NACIMIENTO DE LA TERMODINAMICA

NACIMIENTO DE LA TERMODINAMICA.
LA MÁQUINA DE VAPOR Y LAS IDEAS QUE LA ACOMPAÑARON
En el mes de Enero de 1769, James Watt obtuvo la primera patente de fabricación de una máquina de vapor, que superaba en muchos aspectos la primitiva máquina de cilindro vertical, diseñada desde principios de ese Siglo por Thomas Newcomen. La máquina de Angela Quintero Torres, Ingeniería Química, UniversidadNacional, Bogotá. Newcomen era lenta, voluminosa e ineficiente, pero había servido para desaguar minas de carbón durante casi setenta años. Watt superó casi todos los rasgos mecánicos de esta máquina; su primera patente le abrió el camino para mejorar la producción de trabajo mecánico a partir del calor. Pero, el propósito presente no es el de discutir problemas ni aplicaciones de la máquina de vapor;ni siquiera se intentará aludir a la revolución industrial ni a sus consecuencias. Lo que me propongo destacar aquí es que en 1769 aún no se había definido el problema de la combustión, todavía no se había aislado el oxígeno, no se conocía la composición del aire atmosférico y apenas se estaba empezando a estudiar la composición del agua, pero el calor estaba siendo convertido en trabajo mecánicodesde 1705, con la maquina de Newcomen, de manera que la combustión, la oxidación, el aire como elemento indispensable para estos procesos, la composición del agua, etc., eran problemas vivos no resueltos y, no obstante, ya se estaban obteniendo beneficios de la conversión de calor en trabajo. Quiere decir, entonces, que la Ciencia, la explicación racional de los fenómenos se encontraba muyretardada respecto de las aplicaciones de esos mismos fenómenos. El que no se conociera aún el Oxígeno, no impedía (ni había impedido) que los fenómenos de la combustión se vinieran aplicando desde miles de años atrás. Los artesanos del fuego no conocían la causa de las altas temperaturas de los hornos, les bastaba saber que el vidrio y los metales se fundían con el calor; para ellos el aire era elresponsable de todo y nada más.
La Ciencia es un proceso muy lento, los frutos están madurando desde hace millones de años; por ejemplo, los bioquímicos de plantas están estudiando ahora mecanismos enzimáticos por los cuales el fruto agrio pasa a fruto dulce. Sin embargo, muchos hechos científicos acerca del calor eran conocidos entonces: que el calor se comporta como un "fluido", que pasaespontáneamente desde los cuerpos calientes hacia los fríos; que este "fluido" podía hacer trabajo mecánico por intermedio de una sustancia como el vapor de agua; que se puede propagar por conducción, por convección y por radiación. Gracias a los trabajos de Joseph Black, se distinguía ya el calor latente del sensible. Así mismo, había una cierta claridad sobre los cambios de estado y las nociones sobreCalores Específicos empezaban a consolidarse. Por otra parte, la noción de trabajo mecánico, no solamente en su definición Newtoniana y Galileana de Fuerza por espacio, estaba bien conocida, sino que los trabajos de expansión y compresión de los gases se podían calcular, al menos en procesos isotérmicos, desde los trabajos de Robert Boyle sobre la compresibilidad de los gases.
Respecto de algúnprincipio general que diera fundamento a la relación entre el trabajo y la energía, se puede decir que hacia fines del Siglo XVIII existía ya alguna claridad en los procesos mecánicos. Los conceptos de Energía Cinética y Potencial y la conservación de estas formas en los procesos "conservativos", se conocían desde Newton, Leibnitz, Huygens, etc. Lord Kelvin escribió que Newton había adivinado elprincipio de la conservación de la energía para los sistemas conservativos, pero que al enfrentar la conversión de trabajo mecánico en calor, Newton había afirmado simplemente su pérdida.
El gran paso que abrió el problema de las relaciones del calor con el trabajo, lo dio Benjamín Thomson, el Conde de Rumford, en 1798, en su celebrado artículo publicado en Phylosophycal Transactions, bajo el título de...