EL PRIMER PRINCIPIO DE LA TERMODINAMICA
Nicolas Lèonard Sadi Carnot
Físico francés que nació el 1 de junio de 1796
en París y murió allí mismo el 24 de agosto de 1832; pertenecía a una familia
distinguida de Francia; ya que su padre, Lazare Nicolas Marguerite Carnot fue el
general francés que organizó a los ejércitos republicanos.
Carnot en su obra Réflexions sur la puissance
motrice du feu et sur machines propes a divelopper cette pussiance publicada en el
año de 1824, formuló las leyes fundamentales de la termodinámica.
Dondequiera que exista una diferencia de temperatura,
dondequiera que pueda restablecerse el equilibrio del calórico, puede producirse
también potencia motriz. El vapor de agua es un medio de realizar esta potencia, pero
no es el único: todos los cuerpos de la naturaleza pueden emplearse para este fin:
todos son susceptibles de cambio de volumen, de contracciones y de dilataciones
sucesivas por las alternancias de calor y de frío; todos son capaces de vencer, en
sus cambios de volumen, ciertas resistencias y de desarrollar así potencia motriz. Un
cuerpo sólido, una barra metálica, por ejemplo, alternativamente calentada y
enfriada, se dilata y contrae, y puede mover cuerpos fijados a sus extremidades. Un
líquido alternativamente calentado y enfriado aumenta y disminuye de volumen y puede
vencer obstáculos más o menos grandes opuestos a su dilatación. Un fluido aeriforme
es susceptible de cambios considerables de volumen por las variaciones de temperatura:
si está encerrado dentro de un recipiente de capacidad variable, tal como un cilindro
provisto de un émbolo, producirá movimientos de gran extensión. Los vapores de
todos los cuerpos susceptibles de pasar al estado gaseoso, del alcohol, del mercurio,
del azufre, etc., podrían llenar la misma función que el vapor de agua. Esta,
alternativamente calentada y enfriada, produciría potencia motriz a la manera de los
gases permanentes, es decir, sin volver jamás al estado líquido. La mayor parte de
estos medios han sido propuestos, y muchos hasta fueron ensayados, aunque sin éxito
notable hasta ahora.
Hemos hecho notar que, en las máquinas de vapor, la
potencia motriz se debe a un restablecimiento del equilibrio en el calórico: esto
tiene lugar no sólo en las máquinas de vapor, sino también en toda máquina de
combustión, es decir, en toda máquina donde el calor es el motor. El calor puede
evidentemente, ser una causa de movimiento sólo en virtud de los cambios de volumen o
de forma que hace experimentar a los cuerpos, estos cambios no se deben a una
constancia de temperatura, sino a alternativas de calor y de frío: ahora bien, para
calentar cualquier sustancia, hace falta un cuerpo más frío. Necesariamente se toma
calórico al primero de estos cuerpos para transmitirlo al segundo por medio de la
sustancia intermediaria. Vale decir, se restablece o, por lo menos, se trata de
restablecer el equilibrio del calórico.
Es natural formularse aquí esta pregunta a la vez
curiosa e importante: ¿Es la potencia motriz del calor inmutable en cantidad, o
varía con el agente de que hecha mano para realizarla, con su sustancia intermediaria
elegida como sujeto de acción del calor?
Está claro que ésta pregunta sólo puede formularse
para una sola cantidad de calórico y para una determinada diferencia de temperatura.
Disponemos, por ejemplo, de un cuerpo A, mantenido a la temperatura de 100° y de otro
cuerpo B, mantenido a la temperatura de 0°, y nos preguntamos qué cantidad de
potencia motriz puede obtenerse por el transporte de una porción dada de calor (por
ejemplo, la que es necesaria para fundir un kilogramo de hielo) del primero de esos
cuerpos al segundo: nos preguntamos si esta cantidad de potencia motriz está
necesariamente limitada, si varía con la sustancia empleada para obtenerla o si el
vapor de agua ofrece en este sentido más o menos ventaja que el vapor de alcohol, de
mercurio, que un gas permanente o que cualquier sustancia. . .
Se ha señalado anteriormente un hecho evidente por sí
mismo o que, por lo menos, se hace evidente en cuanto se reflexiona sobre los cambios
de volumen ocasionados por el calor; dondequiera que exista una diferencia de
temperatura, puede producirse potencia motriz. Recíprocamente, dondequiera que puede
consumirse esta potencia, es posible ocasionar una ruptura en el equilibrio del
calórico. El choque, el rozamiento de los cuerpos, ¿No son, en efecto medios de
elevar su temperatura, de hacerla llegar espontáneamente a un grado más alto que la
de los cuerpos que los rodean y, por consiguiente, de producir una ruptura en el
equilibrio del calórico, allí donde antes existía? Es un hecho experimental que la
temperatura de los fluidos gaseosos se eleva por la compresión y disminuye por la
rarefacción. He aquí un medio seguro de cambiar la temperatura de los cuerpos, de
romper el equilibrio del calórico tantas veces como se quiera con la misma sustancia.
Según las nociones establecidas hasta ahora, se puede
comparar con bastante exactitud la potencia motriz del calor con la de una caída de
agua: ambas tienen un máximum que no se puede sobrepasar, cualquiera que fuese la
máquina empleada para recibir la acción del calor. La potencia motriz de una caída
de agua depende de la altura y de la cantidad de líquido; la potencia motriz de
calor, depende también de la cantidad de calórico empleada, y de los que se podría
llamar, de lo que llamaremos, en efecto, la altura de su caída, es decir, la
diferencia de temperatura de los cuerpos entre los cuales se hace el intercambio de
calórico. En la caída de agua, la potencia motriz es rigurosamente proporcional a la
diferencia de nivel entre el depósito superior y el depósito inferior. En la caída
del calórico, la potencia motriz aumenta, sin duda, con la diferencia de temperatura
entre el cuerpo caliente y el cuerpo frío.
Fragmento de Réflexions sur la puissance matrice
du feu (1824)
Trad. de D. Papp (Buenos Aires, 1945).
Datos biográficos por M. en C. Arturo Noyola Isgleas.
Del libro Panorama histórico de la ciencia
moderna de P. Lain Entralgo y José Ma. López Piñero.