Análisis de la evolución histórica del principio de conservación de la energía

❧Análisis de la evolución histórica del principio de conservación de la energía❧

Introducción a la Didáctica

Prof.: Fátima Tejera

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Bibliografía:

“Introducción a los conceptos y teorías en las ciencias físicas”

 Gerald Holton

 Capítulo 17. Editorial Reverté, pág. 389, Barcelona, 1989

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Para remontarnos al origen y evolución del principio de la conservación de la energía, es necesario comprender a su vez, la evolución que sobrellevó el concepto de calor, dada la importante relación entre estos dos elementos: calor y energía.

Dicha concepción de calor se remonta a la época de la Grecia antigua, en pleno siglo pasado,  con la percepción de Aristóteles. El calor era concebido por este como uno de los cuatro elementos; de esta forma, todas las explicaciones sobre los fenómenos que circundan el calor y la energía eran explicados de forma cualitativa. Los antiguos atomistas griegos lograron brindarle un esclarecimiento a la diferencia de temperaturas entre dos cuerpos, lo que ellos denominaron intensidad o grado de calor,  a através de un esquema intelectual. Es una explicación un tanto metafísica, en la que el calor era concebido, con la ayuda de la imaginación,  pues tal explicación no puede ser perceptible directamente; a nivel atómico, como una sustancia que se difundía a través de los cuerpos en forma rápida, y que hipotéticamente estaba dotada de masa.

A pesar de ciertas cuestiones que dejan paso a la duda, esta teoría podía explicar de una forma clara e intuitiva, las observaciones casuales, y a su vez el equilibrio de temperaturas al que se llega cuando dos cuerpos están en contacto. Con el tiempo, la teoría fue ganado presición: el calor pasó a ser una fluido tenue, que podía entrar y salir a través de los poros.

Los filósofos-científicos del siglo XVII, período del que datan Bacon, Galileo y Boyle;

discreparon de esta teoría que plantea que el calor es un fluido , atribuyendo una nueva hipótesis. De esta manera, el calor se vio relacionado con el movimiento de partículas o la vibración de los átomos de los cuerpos calientes.  Sin embargo, sus argumentos para sostener tal idea eran imprecisos.

Entre los siglos XVII y mediados XVIII las teorías del fluido y del movimiento no lograron convencer o satisfacer las interrogantes acerca del calor. Esto es dado por dos cuestiones: no se conocían aún elementos importantes del calor (calor específico, calor latente, diferenciación entre temperatura y calor, entre otras) y a su vez, no se habían desarrollado métodos lo suficientemente seguros para la experimentación en el área de la calorimetría y termometría.

En la primera mitad del siglo XVIII, algunos experimentos  en los que se se colocaban cuerpos con distintas temperaturas, se dedujo que la energía no se crea ni se destruye, fue la primera afirmación importante a la que se llega para el principio de conservación de la energía. Se logra reconocer que independientemente de la forma, cuendo el calor se distribuye entre los cuerpos que se mezclan, se percibió que la cantidad total de calor permanece constante. Se llega a una ecuación simple que plantea el equilibrio al que se llega entre las variaciones de calor:

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Esta regla básica de la calorimetría sirvió para que la concepción material, como fluido,  del calor se instalara con más impetú, debido a que esta ley concertaba bastante con la ley de conservación de la masa. Esta teoría del fluido del calor ofrecía una imagen simple y plausible de lo que ocurre cuando se reúnen de materiales diversamente calentados.

A partir de 1760 los trabajos de Black y sus colegas comenzaron a contribuir de manera muy positiva a toda la cuestión. Al fluido calórico se la atribuyeron ciertas propiedades que auxiliaron a la mayor acepación de la teoría. Se estableció que las partículas del calórico se repelen entre sí, pero se ven atraídas por los corpúsculos de la misma. El calor que se aplica a un cuerpo se difunde en el mismo y se deposita alrededor de una especie de atmósfera sobre los corpúsculos. Si los mismos tuvieran la posibilidad de moverse, se alejarían en función de la cantidad de calor. A demás este modelo calórico, resultaba efectivo para explicar los cambios bruscos de estado.

Diversos experimentos lograron gran aceptación en Europa a partir del año 1780; los cuales incluyen conceptos nuevos, tales como calor latente y calor específico, validando la teoría del calórico. Aquella arcaica hipótesis sobre el peso del material calórico,  fue descartada como consecuencia de diversos experimentos que no llegaron a mostrar resultados coherentes.

Un gran personaje en la historia del principio de conservación de la energía fue Benjamín Thompson, Conde de Rumford; a través de sus experimentos llevados a cabo con materiales y dispositivos de gran avance tecnológico y presición de la época. Llegó a concluir que se podía generar fluido calórico en grandes cantidades a partir del rozamiento. Después de algunos experiementos afirmó que ese calor que se genera a partir del rozamiento, puede ser inagotable. De esta manera Rumford apoya  las viejas doctrinas que se apoyan en la hipótesis de que el calor no es otra cosa que un movimiento vibratorio de las partículas del cuerpo.

Esto fue apoyado en el próximo año por Davy, gracias a su experimento en el cual se frotan dos trozos de hielo hasta que ocurra la fusión. Esto era posible a través del calor que era generado por el rozamiento. La teoría del calórico seguía ganando partidarios. Esta lograba explicar diversas cuestiones como la dilatación térmica normal, la conducción del calor, los cambios de estado y la difusión de los líquidos, aunque no lograba explicar algunos factores. Por ejemplo: en las condiciones de aislamiento, la cantidad de calor se mantiene constante y no se crea ni se transforma.  Lo que ocurre, es que la teoría del calórico resultaba práctica, y ese era un punto su favor. Uno de los argumentos más plausibles de Rumford, era el del calor radiante. El hecho de que el calor pudiera viajar en el espacio vacío parecía evidenciar la cuestión del que el movimiento para producir calor, no era suficiente, sino que se trataba de una sustancia diferente.

Experimentos llevados a cabo durante las primeras tres décadas del siglo XIX, expusieron una relación entre el calor y la luz. El calor radiante presentaba todas las características de la luz, consecuentemente se aseveraba que se trataba del mismo fenómeno. En aquel entonces se creía que cualquier cuestión que se relacionara con la naturaleza del calor radiante era válida para la naturaleza del calor en general.

De esta forma, las diversas opiniones de los científicos de ese siglo acerca del calor, dependían de las opiniones de acerca de cuestiones involucradas con la luz. Antes de 1820 la teoría corpuscular de Newton ya era aceptada, porlo cual también se dedujo, que el calor era una sustancia, cuya composición era la misma de la luz.

En 1825 esta opinión tomaría un rumbo diferente, cuando se comenzó a pensar en la luz como movimiento ondulatorio, gracias a los trabajos de Young y Fresnel; esto, evidentemente llevó a desplazar esas características ondulatorias al calor.  Es justamente , a partir de la teoría ondulatoria de la luz que el calor comenzó a concebirse como una forma de energía, hasta la actualidad.

Fue, a su vez, en aquella época, que el calor se relacionó con otras formas de energía. En 1819, Dulong, demostró que cuando un gas se comprime rápidamente, el calor desarrollado es proporcional al trabajo mecánico realizado sobre él.  Se investigó sobre el calor producido por la corriente eléctrica.

Mientras tanto, el concepto de energía se fue definiendo con más claridad, lo que lo fue acercando al concepto moderno de energía de 1807, aproximadamente. A través del trabajo de Faraday, se refleja la relación entre corriente eléctrica, magnetismo y luz; lo que fue ampliando las creencias en una historia unificada, es decir, evidenciando la relación entre diversos fenómenos de la naturaleza.

Al revisar este período anterior a los años 1840, se encuentra  un amplio agrupamiento hacia la ley general de conservación de la energía desde diferentes frentes, con frecuencia más allá del contexto, las evidencias disponibles o la claridad de los propios conceptos.

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