Jul 21
LA EQUIVALENCIA
LA EQUIVALENCIA
Hace menos de un siglo, la nueva pista, que condujo a considerar el calor como una forma de la energía, fue barruntada por Mayer y confirmada experimentalmente por Joule. Constituye una extraña coincidencia el hecho de que casi toda la labor fundamental sobre la naturaleza del calor la realizaran aficionados a la física para quienes era, puede decirse, su “hobby” favorito, y no por físicos profesionales. Entre los más eminentes se cuentan: el escocés black tan polifacético en sus actividades, el médico alemán Mayer y gran aventurero americano conde de Rumford, que vivió en Europa y, además de otras actividades, fue ministro de Guerra en Hallamos también al cervecero inglés Joule, quien, en sus ratos perdidos, efectuó algunos de los experimentos relativos a la conservación de la energía. Joule demostró mediante la experiencia la conjetura que considera al calor como una forma de la energía y determinó el tipo de cambio. Vale la pena ver cuáles fueron sus resultados. La energía cinética más la potencial de un sistema constituye en conjunto su energía mecánica. En el caso de la “montaña rusa” hemos supuesto que parte de esta energía se convierte en calor. Si ello es cierto, tendrá que haber aquí y en todos los procesos físicos similares una relación o equivalencia entre ambas. Esta es una cuestión rigurosamente cuantitativa, pero el hecho de que una cantidad dada de energía mecánica se pueda transformar en determinada cantidad de calor, es de por sí de trascendental importancia. Nos gustaría conocer el valor numérico del equivalente, o sea, cuanto calor se obtiene de una determinada cantidad de energía mecánica. Joule dedicó sus investigaciones a la determinación de este valor. El dispositivo de uno de sus experimentos es muy semejante al mecanismo de un reloj de pesas. Dar cuerda a tal reloj consiste elevar dos pesas, agregando así energía potencial al sistema. Si después de esta operación no se toca el reloj, puede considerarse como un sistema aislado. Las pesas caen lentamente y el reloj marcha. Después de cierto tiempo, las pesas habrán alcanzado su posición más baja y el reloj se parará. ¿Qué ha pasado con la energía?. La energía potencial de las pesas se convirtió gradualmente energía cinética del mecanismo y ésta se disipó paulatinamente en forma de calor. Una variación ingeniosa de dicho dispositivo le permitió a Joule medir esta pérdida de calor, y, de ahí, el equivalente mecánico del calor. En su aparato (fig. 20) dos pesas producían la rotación de una rueda de paletas sumergida en agua. La energía potencial de las pesas se transformara en energía cinética de las partes móviles y luego en calor que elevaba la temperatura del agua. Joule midió este aumento de temperatura, y, de acuerdo con el valor conocido de su calor específico, calculó la cantidad de calor absorbido. Resumió los resultados de muchos ensayos como sigue: «1.0 La cantidad de calor producida por fricción de los cuerpos, sólidos o líquidos, es siempre proporcional a la cantidad de fuerza (por fuerza entiende Joule energía) gastada. »2.° La cantidad de calor capaz de elevar la temperatura de una libra de agua (pesada en el vacío, a una temperatura entre 55 y 60 ‘E) en un grado del termómetro Fahrenheit requiere el gasto de una fuerza (energía) mecánica representada por la caída de 772 libras desde una altura de un pie.» En otras palabras, la energía potencial de 772 libras, al elevarse un pie sobre el suelo, es equivalente al calor necesario para elevar la temperatura de una libra de agua de 55 ‘F a 56 ‘F». Experimentos posteriores dieron una precisión mayor; pero el equivalente mecánico del calor es esencialmente lo que Joule descubrió en su primer trabajo. Una vez realizado este importante trabajo, el progreso ulterior fue rápido. Se reconoció que el calor y la energía mecánica sor dos de las múltiples formas que la energía puede tomar. La radiación emitida por el Sol es energía, pues parte de ella se transforma en calor sobre la Tierra. Una corriente eléctrica posee energía, r” puede calentar un alambre o hacer girar las ruedas de un motor. carbón representa energía química que se libera, como calor, quemarlo. En todo suceso natural se transforma cierta energía E otra, siempre con una equivalencia bien definida. En un sistema cerrado, aislado de toda influencia exterior, se conserva la energía comportándose entonces como una sustancia. La suma de todas l formas posibles de la energía en tal sistema es una constante, cuando varíen las cantidades de cualesquiera de esas formas. S considera todo el Universo como un sistema cerrado, se enunciar pomposamente con los físicos del siglo XIX que la energía del Universo es invariable, que no puede ser destruida ni creada. Nuestros dos conceptos de sustancia son, pues, materia y energía. Ambos obedecen a leyes de conservación: un sistema aislado no puede variar su masa ni su energía. La materia es ponderable, h energía no. Por eso tenemos dos conceptos distintos y dos principio de conservación. ¿Hay que tomar literalmente, aún ahora, e ideas? ¿O ha cambiado esta imagen, aparentemente bien fundada, la luz del conocimiento moderno? ¡Sí! Nuevos cambios en ambos, conceptos están relacionados con la teoría de la relatividad. Volveremos sobre este tema después.
