Una faceta de Einsten

Tesis esenciales

Capitulo I: se presentan aspectos de la termodinámica, como el calor especifico.

Capitulo II: se hablan sobre las primeras mediciones que se hicieron del calor especifico para algunas sustancias.

Capitulo III: se habla de la teoría cinética

Capitulo IV: se van a encontrar las contradicciones con las predicciones de la teoría cinética ya conocida.

Capitulo V: formulación de la tercera ley de la termodinámica.

Capitulo VI: se resume la situación que imperaba en el campo de la física hacia fines del siglo XIX.

Capitulo VII: se recibirá el campo de la óptica, también se intento entender la naturaleza de la luz

Capitulo VIII: se tratan de algunos fenómenos relacionados con la luz, como la radiación.

Capitulo IX: se presenta la contribución de Einstein a lo después se denomino explicación del efecto fotoeléctrico.

Capitulo X: se habla de la otra contribución fundamental de Einstein ver que una consecuencia de suponer que también la materia se cuantiza es el comportamiento experimental que muestra el calor especifico de las sustancias a bajas temperaturas.

Capitulo XI: reseña las repercusiones que tuvo el pensamiento de Einstein al irse convenciendo sus colegas de la bondad de sus ideas.

Capitulo XII: detalla las subsecuencias etapas del desarrollo de la física cuántica.

Este título en particular es un buen representante de lo que les espera si pueden conseguir cualquiera de la colección. Hay tantas críticas y complejas, pero cualquiera no haya dedicado su vida a crearlas y entenderlas.

Haciendo a cada momento alusión a la genialidad del físico alemán, quien desde lo más simple pudo explicar los aspectos más complejos del Universo, el autor de Una faceta desconocida de Einstein es capaz de llevar al lector en un viaje desde el siglo XVIII hasta la primera mitad del siglo XX, en donde los protagonistas son las mediciones de los calores específicos de los distintos elementos químicos y su razón de ser, las leyes de la termodinámica, la naturaleza dual de la luz y la importancia capital de la teoría cuántica.

De manera similar a lo que ocurre con la relatividad, con la teoría cuántica se enfrenta uno a efectos completamente extraños a nuestra experiencia cotidiana. Sin embargo, estos efectos los presenta la naturaleza y cualquiera que desee hacer una descripción de ella tendrá que confrontarlos. Fue Einstein el que tuvo la mente abierta para destacar los prejuicios mentales que tenemos y hacer ver que no se pueden aplicar a toda la gama de fenómenos que ocurren en la naturaleza. Cuestionó, además, lo que se suele llamar "el sentido común". Hoy en día, a pesar de que todavía nos parecen muy extrañas algunas de las ideas de la física cuántica, se la ha aplicado a tantos campos que ya no existe la menor duda de su validez.

En la formulación de la teoría cuántica, se dieron dos caminos completamente alejados uno del otro que, con el tiempo, Einstein hizo que convergieran. Uno, el de las propiedades termodinámicas de las sustancias, como por ejemplo el calor específico. El otro, completamente aparte del anterior, el de la radiación de luz y sus propiedades térmicas. Cada uno de estos campos se desarrolló en forma independiente, sin que se sospechara que los problemas irresolubles que se presentaban en cada uno de ellos tenían una causa común. Fue Einstein quien pudo aclarar estas cuestiones.

En vista de lo anterior y como una orientación, se revisarán algunos de los desarrollos históricos de ambos temas. Asimismo, se intentará explicar, de manera simple, los conceptos físicos involucrados, sin utilizar para nada las matemáticas.

Pues para entender mejor el libro su estructura fue la adecuada ya que primero nos dan las bases por decirlo así de estas teorías para que sea más fácil entender. Por lo que yo también seguiré este orden pues bien comenzando el libro nos da en el capítulo 1 una definición de lo que es el calor especifico la cual es: “La cantidad de calor que es necesario que absorba un gramo de una sustancia para aumentar su temperatura en 1ºC” (1) y además la explicación a través de la termodinámica, esto fue logrado a través de varios experimentos que fueron haciendo los científicos de aquellas épocas como lo fue Joseph Black el cual en 1760 dio origen al concepto del calor especifico, otro científico importante fue Antoine Lavoisier ya que él fue uno de los primeros en intentar medir el calor especifico de los diferentes materiales en este caso de los gases.

EL Físico y químico inglés Joseph Black (1728-1799) fue quien adelantó el concepto de calor específico. En el transcurso de sus investigaciones se dio cuenta de que diferentes cuerpos, de masas iguales, requerían de diferentes cantidades de calor para elevarlos a la misma temperatura. Así es como alrededor de 1760 inventó el concepto de calor específico. Hacia fines del siglo XVIII, el científico francés Antoine Lavoisier (1743-1794) hizo los primeros intentos de medir el calor específico de algunos gases. Empleó métodos calorimétricos que proporcionaron resultados muy inciertos. Joseph Gay-Lussac (1778-1850) diseñó un interesante método para comparar calores específicos entre gases, cuyos resultados, sin embargo, malinterpretó. Fue Gay-Lussac quien posteriormente, usando otro método, concluyó que volúmenes iguales de hidrógeno, bióxido de carbono, aire, oxígeno y nitrógeno tenían el mismo valor de sus calores específicos. Sin embargo, no pudo dar el valor numérico.

En consecuencia, se puede expresar la ley de Dulong y Petit como sigue: "Los calores específicos molares de todas las sustancias son iguales." Esto es equivalente a decir que el calor por partícula que es necesario dar a un cuerpo para incrementar su temperatura en 1ºC es el mismo para todas las sustancias.

Hacia mediados del siglo XIX se presentaba la siguiente situación. Por un lado, se habían planteado las leyes de la termodinámica, que se refieren a aspectos macroscópicos del comportamiento de las sustancias, y por el otro se vislumbraba cada vez con mayor claridad que la materia estaba compuesta de átomos.

El mismo Maxwell realizó varios experimentos en los que verificó algunas de las predicciones teóricas hechas para la conductividad y la viscosidad de un gas poco denso. Años después se verificó experimentalmente que un gas en equilibrio efectivamente tiene la distribución de velocidades predicha por Maxwell.

Pues este libro es de manera personal un gran libro ya que muestra como su título lo sugiere una faceta o lado que tal vez no es muy difundido o conducido de Albert Einstein, ya que la mayoría de la gente, e inclusive yo antes de leer este libro, lo relacionamos en gran medida solo con la teoría de la relatividad, si esta teoría fue la que lo catapulto, pero no por eso quiere decir que solo realizo investigaciones en esa zona de la física. Pero además de esta grandiosa teoría tubo sus grandes aportaciones en el ámbito de la termodinámica y del efecto fotoeléctrico pues ya que él fue el que organizo o propuso las bases para la teoría que conocemos actualmente. Aunque los científicos Dulong y Petit fueron los pioneros en la creación de leyes relacionadas con este aspecto del calor especifico ya que enunciaron la “Ley de Dulong-Petit” en la cual nos dice que si se tomaran muestras de distintos cuerpos pero que tengan el mismo número de átomos, entonces sus calores específicos serán iguales, esta ley solo se fundamenta en los aspectos macroscópicos, es decir, tal como se han presentado las cosas, no ha tenido ninguna relevancia que las sustancias estén formadas por átomos o no. Esta ley fue muy innovadora en aquel entonces debido a que se tomó como base para posteriores experimentos. Pero debido a que esta ley no veía aspectos microscópicos surgieron las primeras situaciones de error o que no concordaban con la teoría cinética moderna, en la cual resalta el nombre de Maxwell, ya que él fue el que pudo medir la velocidad de los átomos en un gas el cual está en equilibrio, de la cual se derivó la distribución maxwelliana. Posteriormente el mismo realizo experimentos para intentar comprobar su dicha distribución, el resultado que obtuvo fue el de encontrar el principio de equiparación de la energía el cual dice que en promedio la energía del gas se distribuye de manera uniforme entre las partículas que lo componen. Entonces cada partícula que compone el gas tiene una energía igual a (kT/2) esto fue lo que sugirió maxwell una vez realizados sus experimentos. Posterior a esta investigación realizada por maxwell Boltzmann generalizó este teorema al caso en que las partículas del gas no fueran rígidas, por lo que cada partícula puede moverse en tres direcciones diferentes, o mencionados como tres grados de libertad, entonces si aplicamos el principio de equiparación cada grado de libertad tendrá (kT/2), por lo que si un átomo tiene tres grados de libertad, en total tiene asociada una energía igual a 3 x (kT/2) = (3kT/2), que fue la que maxwell había propuesto en sus experimentos. Cabe decir que esta cantidad no depende de la temperatura. De esta manera fue como se pudo comprobar de manera microscópica por lo menos para los gases monoatómicos la “Ley de Dulong-Petit”. Hasta este momento parecía que todo iba por buen camino hasta que se decido también evaluar esta ley para gases con más de un átomo en los cuales si se aplica el principio de equiparación de la energía se obtiene que el calor específico de este tipo de gas sería 6*(k/2)=3k. Si ahora se compara este valor con el medido experimentalmente, resulta que ya no hay concordancias. Por tanto, la teoría cinética predecía valores de

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