LOS EXPERIMENTOS DE JOULE Y LA PRIMERA LEY DE LA TERMODINÁMICA

LOS EXPERIMENTOS DE JOULE Y LA PRIMERA LEY DE LA TERMODINÁMICA

La formulación del principio de conservación de la energía un ejemplo de larga maduración, casi dos siglos y medio, una idea que se ha convertido en una de las leyes básicas de la física cuya generalización se logró que se formalice como la primera ley de la termodinámica. En este artículo, presentamos un análisis de las diferentes formulaciones de la primera ley con el fin de rescatar a históricas información que pueda contribuir a la enseñanza de la termodinámica. El estudio muestra que a finales del siglo XIX ya se considera difícil estado que habría descubierto la princıpio de equivalencia entre calor y trabajo, ya que muchos estudiosos han abordado la cuestión, y cómo meticulosa investigación experimental permitió Joule la demostración de la equivalencia de los diferentes tipos de energía y contribuirán definitivamente para la elaboración de la primera ley de la termodinámica.

Palabras clave: conservación de energía, primera ley, la termodinámica, la historia de la ciencia.

1. INTRODUCCIÓN

Al comienzo de un curso de la termodinámica, se puede producir que estudiantes más curiosos o impacientes hagan la pregunta ¿qué es la entropía? "Lo que es mucho más raro, preguntar "¿Qué es la energía?". Cualquiera de estas dos cuestiones es, sin duda motivo de prevaricación para casi todos los profesores, aunque muchos autores definen la termodinámica como la ciencia que se ocupa de la energía es la entropía o simplemente ciencia que estudia la energía y sus transformaciones. Aunque tanto las palabras se utilizan mucho en la vida cotidiana periodistas, economistas y gente de una manera en general, sus conceptos de termodinámica no son evidentes y por lo general terminan con la presentación de informes en papel que cada una de estas propiedades desempeña en la formulación de disciplina matemática. Tales dificultades también se discuten en el texto básico Van Hess [1]. 'Y la energía asociada a medida para su capacidad para producir un trabajo mientras se define la entropía como una función que mide la irreversibilidad de una proceso. En el caso de la energía, parece que todos sabemos su significado, cada vez más clara cuando asociamos el "algo que deberíamos pagar para llevar a cabo cosas 'o' 'lo que es necesario para alcanzar lo que llamamos la obra"[2]. De hecho, nadie "Piense en el pago de una fuerza, por una aceleración o por una cantidad de movimiento ", y" la energía la moneda"[2]. Francés [2] recuerda que Newton en su dinámica del universo no utiliza ni menciona el concepto energía en cualquier momento, aunque algunos de sus contemporáneos, como Huygens y Leibniz, tienen reconocido la importancia de una magnitud similar la energía, la llamada fuerza vital o fuerza viva en América, lo que indica que la energía cinética. "La clave inmensa cantidad de energía que un concepto se basa en su transformación "," y esto se conserva "[2]

El principio de conservación de la energía que domina la física moderna se estableció alrededor de la mitad del siglo XIX [3-5]. Mucho antes de eso, era común que los inventores intentaran registrar la patente de la máquina que quería producir un trabajo de la nada, la llamada movimiento perpetuo como se registra Kuhn [5] y Hogben [6]. En 1775, la Academia de Ciencias de París Empezó a negarse a publicar en sus anales de las descripciones de las invenciones bicicletas perpetua [3]. A pesar de la ingenuidad aparente, cuando se ve con los ojos de hoy en día, muchos de esos intentos de creación moto perpetuo, finalmente, contribuían al establecimiento da la primera ley [3]

En este artículo, tenemos la intención de rescatar algunos de los aspectos históricos, con énfasis en los resultados de Joule Mayer y el equivalente mecánico del calor. Las Principales formulaciones para la primera ley se presentan en el anexo, como un indicador de caminos que puede ser investigado con miras a futuras contribuciones a la enseñanza de la termodinámica. Entre las diversas obras destacado consultado y estudiado el estudio Kuhn [5] en la "simultaneidad" de los descubrimientos relativa a la conservación de energía, el curso de la termodinámica Poincaré [7], algunos de los artículos de Joule [8] y los datos históricos presentados en el Capítulo I del libro de Bejan [4] y la primera parte del libro Hogben [6] dedicado a la conquista de energía. El objetivo de la investigación, Pasos [9-11], está tratando de mostrar el puente entre la enseñanza actual de la termodinámica y sus orígenes, buscar, cuando sea posible, los textos originales de  pioneros de la termodinámica.

1. UN PROCESO LARGO DE MADURACIÓN

"La producción moderna de la energía comienza con el empleo vapor en la segunda mitad del siglo XVII "[6]. La máquina térmica que luego comenzó a desarrollarse y en un principio se utiliza para bombear agua de las minas de carbón, fueron reemplazando gradualmente las ruedas de agua y rotores eólicos en diversas actividades industriales. Pero el advenimiento de la máquina de vapor y la consiguiente revolución técnica que llevó a la revolución la industria, también se benefició del desarrollo mecanismos que ocurrieron durante los tres siglos anteriores donde el viento y el agua, además de horca animal reinaron como fuentes de energía absolutos, como en le Hogben [6]. Fue necesario preparar el terreno para el florecimiento de nuevas ideas y cristalización del principio conservación de la energía como ley general e invariante de la naturaleza.

Kuhn [5] muestra que ya había un número de diferentes procesos de conversión debido a la proliferación de numerosos fenómenos descubiertos durante todo el siglo XIX, como la pila de retorno  en 1800, lo que permitió obtener electricidad a través de reacciones químicas. En 1822, Seebeck descubrió el efecto que lleva su nombre relaciona el efecto térmico en una señal eléctrica (tensión) Cuando los extremos de dos hilos de diferentes materiales están en contacto con los medios de comunicación a diferentes temperaturas [12]. En 1834, se encontró un efecto Peltier que también lleva su nombre, invertir la Seebeck, quien Se le permite transferir calor de un lugar frío a un punto caliente, como un refrigerador, a través de la aplicación una tensión eléctrica [12]. También se descubrió relación del magnetismo con la electricidad, entre otros fenómenos.

En la segunda mitad del siglo XVIII, Lavoisier y Laplace publicada en 1783 [13], el resultado de su estudios sobre la fisiología de la respiración en un tratado en el calor (“Memoire sur la Chaleur") Cuando estén relacionados el oxígeno inspirado con el calor perdido el cuerpo, como Kuhn [5], lo que permitió primeras ideas sobre el balance de energía comenzaron para ser considerado. Los conceptos de la Lavoisier la bioquímica y la consiguiente oxidación de la sangre eran asumidos por el médico alemán Julius Robert Mayer (1814-1878). En 1840. Mayer era del servicio de la marina de guerra Holandesa en la isla de Java [14] cuando se dio cuenta que la sangre de sus pacientes, el estado de ánimo más caliente, que era más oscuro que en el clima más frío de Europa, y asocia esta diferencia de color a una cantidad más alta de oxígeno en la sangre, en condiciones tropicales la isla, provocado por la combustión inferior de los alimentos para mantener el calor del cuerpo. [15] estas observaciones Mayer llegó a la conclusión de que la energía mecánica de los músculos vino de la energía química de los alimentos, y la energía mecánica intercambiables, el calor y la energía la química [15]. Mayer encontró que la oxidación interna debe equilibrar con respecto será la pérdida de calor el cuerpo y la actividad física con respeto " el cuerpo juega como Kuhn [5]. Observar principio de conservación de la energía y la equivalencia de los procesos de conversión de energía.

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