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LA TERMODINÁMICA DE CARNOT A CLAUSIUS

Justo R. Pérez Cruz
Catedrático de Física Aplicada
Universidad de La Laguna.

1. Introducción
El título de este artículo «La Termodinámica de Carnot a Clausius» y el contexto en el
que está situada: «La Ciencia Europea antes de la Gran Guerra» nos invitan a reflexionar
sobre la cimentación de las bases de la Termodinámica, sus leyes funda-mentales y lasrepercusiones que éstas tuvieron sobre el desarrollo industrial y militar del finales del siglo XIX
y principios del siglo XX.
Ciñéndonos estrictamente al título 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 dicha potencia» 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 de cultivo, a la vez que sus consecuencias no terminan con la publicación de lasleyes fundamentales, sino que se extienden mucho más allá de las mismas, a veces tomando ramificaciones
completamente ines-peradas e insospechadas.

2. Las máquinas de vapor
Es habitual, cuando se habla del desarrollo de los ingenios para obtener efectos mecánicos a partir del fuego, o máquinas térmicas, sentar los precedentes en algunos dispositivos
ideados por los antiguos griegos, como porejemplo el de Herón de Alejandría, en el que la

LA CIENCIA ANTES DE LA GRAN GUERRA

salida del vapor es capaz de provocar la rotación de un recipiente y que hoy podemos ver representado en nuestras cocinas en la rotación de la válvula de salida de una olla a presión.
La fuerza expansiva del vapor era conocida desde muy antiguo, si bien, al contrario que de la fuerza del viento o del agua, no
pareceque 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 de succionar
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, el enfriamiento del vapor inyectado en una cámara, provoca
la succión del agua en la mismadesde 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 inconveniente lo resolvió el inglés Thomas Newcomen (1663-1729) quien en torno a 1705
diseñóuna máquina que puso en funcionamiento
con cierto éxito. En esta máquina la cámara de
Savery estaba dotada de un pistón, el cual experimentaba un movimiento de retroceso, motivado por
el descenso de la presión al enfriar el vapor en el
interior del cilindro, siendo restablecido en su posición inicial con la ayuda de un contrapeso.
La máquina de Newcomen tenía la ventaja de que el pistón podía seracoplado a un balancín y transmitir el movimiento a distancia a través de dispositivos mecánicos. Se construyeron numerosas reproducciones de la misma que estuvieron en funcionamiento principalmente
en las minas de Inglaterra.
Sin embargo, el diseño que se impondría por toda Europa y América, provocando, entre
otros factores, la denominada revolución industrial, sería el propuesto por James Watt...