Primeros Descubrimientos Sobre el Calor: Historia de los Estudios
Primeros Descubrimientos Sobre el Calor Historia de las Investigaciones
INTRODUCCIÓN:PRIMEROS CIENTÍFICOS Y PRIMERAS EXPERIENCIAS
E1 estudio científico del calor, basado en la observación y experiencia más que en la teoría, no podía iniciarse antes de que se inventaran los instrumentos que permitirían realizar cierta clase de mediciones.
Tal vez el más importante de los dispositivos aislados es el termómetro, usado para medir la temperatura.
El genial italiano Galileo Galilei (1564-1642) fabricó uno de los primeros termómetros, generalmente conocido como su "termoscopio neumático". Dicho instrumento se compone de una esfera de vidrio unida a un tubo estrecho.
El otro extremo del tubo se halla sumergido en un balón que contiene líquido coloreado.
Cuando la esfera entra en contacto con una sustancia caliente, el aire que contiene se dilata, lo que determina el ascenso del líquido por el tubo. El instrumento de Galileo era de tipo primitivo.
Como el volumen del aire existente en el termoscopio está sometido a la presión atmosférica y a las variaciones de temperatura, no ofrece mayor exactitud. Más tarde lo perfeccionó el físico británico Robert Boyle.
ESCALAS DE TEMPERATURA
A mediados del siglo XVII, se usaban los termómetros tipo líquido en vidrio, precursores de los que hoy existen.
Por lo general, el líquido empleado era el alcohol, si bien tenía sus inconvenientes.
Uno de estos últimos consistía en su bajo punto de ebullición.
Hierve aproximadamente a los 80° C. para convertirse en gas, por lo cual no puede emplearse para registrar temperaturas por arriba de la citada.
Daniel Fahrenheit (1686-1736) fabricó un termómetro de mercurio (líquido que hierve a unos 357°C), en reemplazo del de alcohol, con lo que extendía considerablemente la escala de medición.
Dicho físico es conocido por la escala termométrica que lleva su nombre.
Resulta difícil al principio comprender por qué esta escala va desde los —32° F., punto de fusión del hielo puro, a los 212° F., punto de ebullición del agua a la presión atmosférica normal.
Originariamente tomó como límite inferior la temperatura de una mezcla de hielo y sal —la sustancia más fría que podía obtenerse entonces— que denominó 0° F.
Para fijar el punto superior, se valió de la temperatura que registraba el cuerpo de su ayudante y la llamó 96°. (En la versión moderna de dicha escala, la temperatura del organismo humano es aproximadamente 98.4°.)
Alrededor de la misma época, un astrónomo sueco, Anders Celsius, introdujo la escala centígrado que va desde el punto de fusión del hielo (0°C.) al de ebullición del agua (100° C).
Existen además otras escalas, pero la última citada es la que generalmente se emplea en los trabajos científicos.
¿QUÉ ES EL CALOR?
Los hombres de ciencia de otros tiempos, vivían intrigados acerca de la naturaleza del calor. Una idea ampliamente difundida (la teoría "calórica") decía que se trataba de una verdadera sustancia química. (Lavoisier llegó a incluirlo en su lista de elementos.).
El hecho que aventó esta teoría fue obra del conde Rumford a fines del siglo XVIII: en la experiencia de taladrar cañones, dicho físico demostró que el calor producido por la fricción durante dicha operación, era casi inagotable y que por lo tanto no podía tratarse en realidad de una sustancia material.
CALORIMETRÍA
Algunos años antes, uno de los grandes investigadores de física térmica, José Black (1728-1799), inició estudios acerca de la medición de cantidades de calor.
Se le considera como el fundador de la calorimetría (medición del calor), cuya unidad fundamental es ahora la caloría.
Se denomina así la cantidad de calor necesaria para elevar a 1 grado ºC. la temperatura de un gramo de agua. Black estableció que el calor se absorbe o se emite cuando una sustancia cambia de un estado a otro sin que cambie la temperatura.
A este fenómeno lo denominó calor latente, término todavía en uso.
José Black inventó un importante aparato de medición denominado calorímetro de hielo.
Se coloca un cuerpo caliente en hielo a 0º C. y midiendo la cantidad de este último que se derrite puede calcularse aproximadamente el calor latente de la fusión.
Este instrumento fue perfeccionado un siglo después por Roberto Guillermo Bunsen, cuyo apellido está ligado al del mechero de gas de dicho nombre.
EQUIVALENTE MECÁNICO DEL CALOR
A mediados del siglo XIX se hicieron grandes progresos en la investigación del calor.
En 1840, Julio Roberto Mayer, médico alemán, anunció una serie de descubrimientos acerca del equivalente mecánico del calor, la conservación de la energía (esta última no puede crearse ni destruirse), etcétera.
En 1847 Hermán von Helmholtz estableció la ley de conservación de la energía en forma más clara.
Por la misma época, el hombre de ciencia británico Jaime Prescott Joule, emprendió una serie de experimentos sobre el equivalente mecánico del calor. (La energía mecánica puede transformarse en energía térmica y viceversa.
Se denomina equivalente mecánico la cantidad de energía mecánica equivalente a una unidad de calor.)
Es decir, ideó un aparato mediante el cual las pesas colganteo de un par de poleas hacían girar las ruedas de paletas sumergidas en agua.
Al producirse un ligero aumentó en la temperatura del agua, podía calcularse, valiéndose de este ascenso, la cantidad de calor producida por la caída de las pesas.
En otras experiencias, Joule comparó la temperatura de una cascada y comprobó que el agua estaba más caliente en el fondo que en la parte superior, debido a la producción de energía liberada durante la caída.
Examinó asimismo los efectos térmicos de la corriente eléctrica.
TEMPERATURAS MUY BAJAS
Entre la extensa cantidad de estudios realizados acerca del calor, desde los tiempos de Joule, algunos de los más importantes se relacionan con las temperaturas muy bajas. Estas últimas se obtenían originariamente cuando se trataba de licuar los gases.
Algunos de estos últimos, como el aire, debían someterse a presión y enfriarse antes de convertirse en líquidos. Cuando la presión cesa, el líquido hierve.
Un recipiente de aire líquido hervirá aun cuando lo coloquemos sobre un trozo de hielo a 0º C. El aire hirviente está tan frío que se condensa en la atmósfera y da la ilusión de ser vapor.
Charles comprobó en 1780 la existencia teórica de la temperatura cero absoluta, a la cual desaparece el volumen de todo gas.
El químico británico Kelvin fijó esta temperatura (—273° C.) como el cero de su escala absoluta (a veces denominada Kelvin).
Se idearon nuevos métodos de refrigeración, a medida que los físicos trataban de alcanzar el 0º K. Kamerlingh Onnes logró en 1908 1º K., y en estos últimos tiempos se han obtenido temperaturas dentro de un milésimo de grado del cero absoluto.
Las sustancias se comportan en forma muy diversa al ser sometidas a tan bajas temperaturas.
Por ejemplo, el gas helio líquido a unos 2ºK. se desplaza difícilmente (hay otras sustancias que se congelan y solidifican a esta temperatura).
Algunos metales pierden su resistencia eléctrica casi por completo y se transforman en superconductoras.
En la actualidad se realizan importantes investigaciones acerca de este interesante efecto (descubierto por Kamerlingh Onnes en 1911) y ya se le han encontrado diversos usos prácticos.
Fuente Consultada:
Revista TECNIRAMA N°33
Encarta - Grandes Inventores del Siglo XIX
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