Análisis de la evolución histórica del principio de conservación de la energía

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Experimentos llevados a cabo durante las primeras tres décadas del siglo XIX, expusieron una relación entre el calor y la luz. El calor radiante presentaba todas las características de la luz, consecuentemente se aseveraba que se trataba del mismo fenómeno. En aquel entonces se creía que cualquier cuestión que se relacionara con la naturaleza del calor radiante era válida para la naturaleza del calor en general.

De esta forma, las diversas opiniones de los científicos de ese siglo acerca del calor, dependían de las opiniones de acerca de cuestiones involucradas con la luz. Antes de 1820 la teoría corpuscular de Newton ya era aceptada, porlo cual también se dedujo, que el calor era una sustancia, cuya composición era la misma de la luz.

En 1825 esta opinión tomaría un rumbo diferente, cuando se comenzó a pensar en la luz como movimiento ondulatorio, gracias a los trabajos de Young y Fresnel; esto, evidentemente llevó a desplazar esas características ondulatorias al calor. Es justamente , a partir de la teoría ondulatoria de la luz que el calor comenzó a concebirse como una forma de energía, hasta la actualidad.

Fue, a su vez, en aquella época, que el calor se relacionó con otras formas de energía. En 1819, Dulong, demostró que cuando un gas se comprime rápidamente, el calor desarrollado es proporcional al trabajo mecánico realizado sobre él. Se investigó sobre el calor producido por la corriente eléctrica.

Mientras tanto, el concepto de energía se fue definiendo con más claridad, lo que lo fue acercando al concepto moderno de energía de 1807, aproximadamente. A través del trabajo de Faraday, se refleja la relación entre corriente eléctrica, magnetismo y luz; lo que fue ampliando las creencias en una historia unificada, es decir, evidenciando la relación entre diversos fenómenos de la naturaleza.

Al revisar este período anterior a los años 1840, se encuentra un amplio agrupamiento hacia la ley general de conservación de la energía desde diferentes frentes, con frecuencia más allá del contexto, las evidencias disponibles o la claridad de los propios conceptos.

“El calor no sólo cambia la temperatura, y el estado físico, sino que a su vez puede colocar los cuerpos en movimiento, produciendo trabajo físico”. Esto se convirtió en algo banal en el siglo XVIII frente a los grandes avances, como las máquinas a vapor, en el auge de la revolución industrial. Sin embargo, fue en la década de 1850-60 que la relación trabajo-energía se volvió más clara y evidente. Hasta aquel entonces se creía que el responable del movimiento de las partes de una máquina térmica era el flujo de calor. Obviamente, esto conllevó a que las explicaciones cualitativas no fueran suficientes . No bastaba simplemente con la idea de que el calor era una fuente de energía que podía adoptar otras formas; surgió así, la necesidad de llegar a factores de conversión entre las formas de energía llegando a determinaciones numéricas. Esto fue dado en la década de 1830-40.

El descubrimiento de la ley general de la conservación de la energía comenzó justamente entre ese período histórico, en el cual esos factores de conversión, lograron ser reunidos en forma coherente. En este descubrimiento participaron muchos científicos de manera independiente. Entre ellos se destacaron dos, a partir de los cuales se surgieron dos líneas de pensamiento que apoyaban a uno y a otro. Estos dos científicos fueron James Prescott Joule y Juluis Robert Mayer.

En 1842, a partir de la conjunción de las conclusiones desprendidas de diversos experimento, se llega a una afirmación básica: una equivalencia y conservación general a todas las formas de energía; de la cual, la relación entre trabajo y calor solo corresponde a un caso particular. Debido a su carácter matafísico y fantástico, este trabajo de Mayer no fue publicado.

En ese mismo año, Mayer publicó su obra: “Observaciones sobre las energías de la naturaleza inórganica”. En esta obra, él establece que:

“las energías son causas; por tanto, podemos aplicarles el principio de que- causa aequat effectum. Si la causa c tiene el efecto e, entonces e=c;… En una cadena de causas y efectos, un término o parte de él nunca puede, como aparece claro por la naturaleza de una ecuación, hacerse igual a nada. Esta primera cualidad de todas las causas la llamaremos su indestructibilidad… Si después de producir el e, aún permanece la c en todo o en parte, debe hber otros efectos correspondientes a la causa que aún queda… Esta capacidad de asumir distintas formas es la seguna propiedad esencial de todas las causas…Podemos decir que las causas son entes cuantitativamente indestructibles, y cualitativamente convertibles… Las energías son, por tanto, entes indestructibles y convertibles”

Si bien, en la actualidad sabemos que esto es falso. Las causas no poseen las propiedades que Mayer deduce de esta afirmación; además, la energía no puede ser igualada a la causa, de lo contrario debería existir alguna prueba experimental que certifique la indestructibilidad y convertibilidad de la energía. Sin embargo, Mayer creía que los experimentos previos de la época, autenticaban su hipótesis.

Lo crucial de los aportes de mayer recide en esta afirmación:

“si las energías potencial y cinética son equivalentes al calor, éste también debe ser, de manera natural, equivalente a la energía cinética…Cerraremos nuestra disquisición con una deducción práctica:… ¿cuánto vale la cantidad de calor que corresponde a una cantidad dada de energía cinética o potencial?”

Sus hipótesis carecían de aceptación por la ausencia de resultados empíricos provenientes de experimentos que legitimaran sus ideas. Esto en parte, se debía a la magnitud de la impresión que causó el modelo empleado por el método de Newton, basado en la observación y en la experimentación. Con esta afirmación, buscando un método opuesto a Rumford, logra una prueba empírica. Desenvolvió el principio de indestructibilidad y estricta convertibilidad de la energía a través de diversos ensayos, los que mostraban la posibilidad de pruebas a partir de cálculos matématicos, dilatando dicho principio a otros procesos de otras áreas, como la Química, Astronomía y Biología.

El merecido reconocimiento al gran labor de Mayer fue tardío; el cual le llegó recién en sus últimos años de vida.

En 1843, Joule estableció la comparación entre el trabajo mecánico nacasario para el funcionamiento de un generador eléctrico y el calor producido por la corriente