La segunda ley de la termodinámica y el concepto de entropía

Sorprende lo difícil que resulta para el hombre descubrir o establecer las leyes de la naturaleza. Se consigue a través de largos procesos de prueba y error y de aproximaciones sucesivas que terminan por dar resultados satisfactorios en forma de teorías explicativas, leyes de funcionamiento y fórmulas matemáticas que relacionan variables. Las hipótesis tentativas que se formulan son a veces extrañas e ingenuas pero su rechazo y su perfeccionamiento permiten objetivos notables que significan de hecho nuevos niveles de evolución del cerebro humano, y más precisamente, de su mente. Nos parece que el cerebro y la inteligencia son cosas terminadas pero no es así en absoluto, y, por supuesto, cada vez que se descubre una nueva ley de la naturaleza o se explica un fenómeno importante, la mente del hombre da saltos evolutivos y la racionalidad avanza y se perfecciona. Los saltos en cuestión ocurren en la mente de personas concretas, muy notables, que constituyen en realidad flechas evolutivas de nuestra especie. Con frecuencia una de esas personas da el primer salto cualitativo de imaginar las cosas de forma diferente a cómo se creía que eran con anterioridad, y otras, relacionadas con el tema, las perfeccionan. Previamente además, hay aportaciones diversas en las interpretaciones que sin duda dirigen y orientan el pensamiento de las personas que hacen la síntesis. A posteriori, por otra parte, hay un largo periodo en el que las nuevas ideas tienen que difundirse, entenderse y compartirse. En el presente post hacemos una incursión en uno de esos momentos destacados de la humanidad en el que se descubren las leyes del calor y del trabajo.

La segunda ley de la termodinámica y el concepto de entropía
En los años 20 del siglo XIX se produjo uno de los saltos en la racionalidad humana mencionados en la entradilla al que queremos referirnos aquí. Fue muy importante porque dio lugar a una interpretación de la realidad de nuestro mundo muy distinta a la ya establecida y bien difundida entonces deducida de la Revolución Científica de los siglos XVI, XVII y principios del XVIII. Una interpretación que andando el tiempo daría lugar a una nueva y gran cosmovisión. Se trata de la explicación de las leyes de la energía, el calor y el trabajo, de la formulación de la segunda ley de la termodinámica y de la introducción del concepto de “entropía”.

Haremos una revisión rápida del tema mencionando y de las personas clave, pero advertimos, como siempre, que la historia escrita en la que nos apoyamos no deja de ser la de las culturas en las que la ideas surgieron, en este caso las de Francia e Inglaterra. Son los dos países europeos en los que la industria, la tecnología y la ciencia habían prendido con más fuerza en aquella época.

Como ya se ha visto en este blog, las tecnologías relacionadas con la utilización del carbón mineral, el vapor de agua y la máquina de vapor habían evolucionado mucho y sus aplicaciones se había extendido por doquier. Fue uno de los momentos en la historia de la humanidad en los que una nueva forma de energía dio un gran impulso a la sociedad, creó riqueza y permitió el desarrollo.

A pesar de ello no se conocía con precisión la naturaleza de la energía, del calor y del trabajo, y mucho menos las leyes que gobernaban esos fenómenos. Ya se ha hablado de la idea del “calórico” que se suponía era un fluido que impregnaba la materia y del que salía el calor. Y creo que se ha hecho referencia también a Benjamin Thompson (1753-1814), Conde Rumford, quizá la primera persona que empezó a dudar de la existencia del “calórico” y la que relacionó el trabajo con el calor. Se trató de un americano de las colonias que en la independencia optó por seguir siendo británico e hizo una larga carrera en Europa como médico, inventor, militar y político, y que forma parte de la revolución de la termodinámica. Siendo responsable de la fabricación de cañones en Baviera, en donde vivió a partir de 1875 y donde fue Ayudante de Campo del Príncipe Elector Charles Theodore, se dio cuenta que el calor no se agotaba como cabría deducir de la existencia del calórico, sino que cada vez aumentaba más cuando las herramientas para horadar el interior del cañón actuaban arrancando el hierro del que el cañón se fabricaba.

Pensó que el calor se transformaba en trabajo y el trabajo en calor y publicó sus descubrimientos, aunque se encontró en ello con la competencia del físico sueco Johan Carl Wilcke (1732 –1796) que en paralelo había llegado a las mismas conclusiones.

Pero la termodinámica como ciencia surge de la mano del ingeniero militar francés y físico Nicolas Léonard Sadi Carnot (1796 – 1832), en 1824 con la publicación de su libro Réflexions sur la puissance motive de feu. Analizó en él la eficiencia de las máquinas de vapor al convertir el calor en trabajo y demostró que el trabajo se producía cuando el calor pasa de una temperatura más alta a una más baja. El término de termodinámica como tal no fue utilizado hasta que lo acuñó en 1849 el gran físico inglés, William Thomson, Primer Barón Kelvin (1824 – 1907), otro de los nombres destacados de la ciencia del siglo XIX.

Carnot formuló una segunda ley (o segundo principio) de la termodinámica rudimentaria al explicar la transformación del calor en trabajo y al señalar que hay siempre una pérdida de calor en ese proceso. No llegó a introducir, sin embargo, el concepto de “entropía”, que fue obra, años después de la muerte de Carnot, de otro de los padres de la termodinámica, el físico y matemático alemán, Rudolf Julius Emanuel Clausius (1822 –1888).

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Doctor Ingeniero del ICAI y Catedrático de Economía Aplicada, Adolfo Castilla es también Licenciado en Económicas por la Universidad Autónoma de Madrid, Licenciado en Informática por la Universidad Politécnica de Madrid, MBA por Wharton School, Master en Ingeniería de Sistemas e Investigación Operativa por Moore School (Universidad de Pennsylvania). En la actualidad es asimismo Presidente de AESPLAN, Presidente del Capítulo Español de la World Future Society, Miembro del Alto Consejo Consultivo del Instituto de la Ingeniería de España, Profesor de Dirección Estratégica de la Empresa en CEPADE y en la Universidad Antonio de Nebrija.

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