Biografía De Gibbs

Biografía de Josiah Willard Gibbs

Josiah Willard Gibbs, nació en New Haven, en el estado norteamericano de Connecticut el 11 de Febrero de 1839 siendo el único hijo varón (entre cinco hermanos) de Josiah Willard Gibbs, profesor de literatura sagrada y estimado filólogo de la Universidad de Yale. Se graduó en Yale y obtuvo el grado de Doctor en dicha Universidad, siendo uno de los primeros en obtener dicho grado en una universidad americana.

El título de su tesis fue ''Sobre la forma de los dientes de las ruedas en los mecanismos de engranaje'' al que Gibbs se refería como un ejercicio de geometría plana.

Después de Trabajar en Yale algún tiempo impartiendo latín y filosofía natural en cursos elementales, Gibbs emprende un viaje de estudios por Europa, pasando tres años, cada uno de ellos en París, Berlín y Heidelberg, atendiendo a clases impartidas por científicos europeos de la talla de Liouville, Kronecker, Magnus, Helmholtz, y Kirchoff

De regreso a New Haven tras un tiempo sin una ocupación concreta es nombrado para el puesto recién creado de profesor de Física Matemática de la Universidad de Yale, con un contrato al cual se añadía la frase de ''sin salario'', lo cual sólo puede ser comprendido desde la saneada posición de las finanzas de un Gibbs que permanece soltero viviendo en su casa familiar compartida con algunas de sus hermanas. Sólo cuando, tras rechazar diversas ofertas, se siente tentado a aceptar una plaza en la nueva Universidad John Hopkings, recibe un modesto contrato, bastante peor remunerado, pero que acepta, por parte de La Universidad de Yale.

Entre 1873 y 1876 publica la serie de trabajos que contribuyen a dar a la recién creada disciplina de la Termodinámica la dimensión que conocemos actualmente, convirtiéndola no sólo en una disciplina básica de la Física sino también en una piedra angular de otras ciencias como la Química o la Biología.

Gibbs publica en 1873 un primer trabajo: “Métodos gráficos en la termodinámica de los fluidos” en el que plantea que la representación de forma gráfica de procesos termodinámicos constituye una herramienta útil no sólo para la demostración de resultados generales sino para la solución numérica en particular de muchos de ellos. Sin embargo, esta representación, según Gibbs, había sido llevada a cabo únicamente en términos de la presión y el volumen pero existen otras variables que pueden resultar incluso más convenientes que las anteriores.

Gibbs hace un repaso de las magnitudes propias del estudio de los fluidos: volumen (V), presión (P), temperatura absoluta (T), energía interna (U) y entropía (S), y destaca otras dos magnitudes correspondientes a procesos: calor (Q) y trabajo (W) ,señalando las relaciones existentes entre ellas:

que en el caso de procesos reversibles:

lo que permite concluir en

Al hilo de esta expresión Gibbs comenta que de cualquier ecuación que da

pueden deducirse todas las propiedades termodinámicas del fluido en lo que concierne a procesos reversibles. El resto del artículo lo pasa Gibbs comentando las ventajas de adoptar, en determinados casos, en lugar del diagrama presión-volumen, otros como los de entropía-temperatura,

entropía-volumen, e incluso otros como los logV - logP o S - logT , S - logV, etc. y como, con razonamientos geométricos simples pueden deducirse muchas de las propiedades de sistemas como un gas ideal o un vapor condensable.

En su segundo trabajo “Un método de representación geométrica de las propiedades termodinámicas de las sustancias por medio de superficies”. Gibbs toma ya como elemento fundamental de su trabajo las propiedades de la superficie

poniendo como ejemplo que de ésta pueden deducirse otras como

pero no al revés, y por lo tanto llama a la superficie S=S(U,V) superficie termodinámica del sistema.

Gibbs analiza como se representarían sistemas en los que coexisten varios estados de la materia (fases) en equilibrio y deduce por simples razonamientos geométricos la ecuación que relaciona la pendiente de la curva del diagrama de equilibrio de dos fases (con ejes P y T) con la diferencia de entropías y volúmenes respectivos de ambas fases.

ecuación conocida de forma empírica desde hacía tiempo en la forma

donde Lv es el calor latente de vaporización del fluido.

El siguiente punto en la discusión es el del concepto de equilibrio estable. Gibbs analiza este problema utilizando razonamientos relativos a la superficie y su plano tangente para llegar a la conclusión de que “...una condición necesaria y suficiente para el equilibrio termodinámico de una sustancia que se encuentra rodeada por un medio a presión y temperatura constante puede resumirse en términos de que la magnitud

sea un mínimo”.

Utilizando estas ideas Gibbs da una elegante explicación a las observaciones que habían sido realizadas recientemente sobre la continuidad entre los estados líquido y gaseoso.

En términos resumidos, hasta esa fecha los gases se distinguían en dos tipos: Aquellos que era posible licuarlos aumentando la presión, (vapores) y aquellos que no era posible licuarlos mediante un aumento de presión (gases permanentes). El irlandés Thomas Andrews (1813-1885) experimentando con el CO2 publica en 1869 sus resultados probando que por debajo de una cierta temperatura denominada temperatura crítica es posible licuar un gas a temperatura constante sin más que aumentar la presión suficientemente y sin embargo por encima de esa temperatura no se observa ninguna transición brusca gas-líquido sino un cambio continuo en la densidad del fluido.

En el siguiente y más extenso de sus trabajos “On the equilibrium of heterogeneous substances” Gibbs comenta que del hecho de que cualquier cambio en un sistema aislado está acompañado de un aumento de entropía, es razonable pensar que cuando la entropía haya alcanzado un máximo el sistema se encuentra en un estado de equilibrio.

La importancia de este hecho que no había sido ajeno a la atención de los físicos de la época, no había sido, según Gibbs, apreciada del todo, y sin embargo él piensa que este principio puede ser tomado como base para establecer

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