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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.