Termodinàmica.
Transformació de l'energia

Energia tèrmica i combustió.
Efectes de la termodinàmica

Entropia

Història de la termodinàmica

Història de la termodinàmica

La termodinàmica és la branca de la física clàssica que estudia i descriu les transformacions termodinàmiques induïdes per la calor i el treball en un sistema termodinàmic, com a resultat de processos que impliquen canvis en les variables d'estat de temperatura i energia.

La història de la termodinàmica és una etapa fonamental en la història de la física, la química i la història de la ciència en general. A causa de la rellevància de la termodinàmica en moltes parts de la ciència i la tecnologia, la història de la termodinàmica ha estat de naturalesa subtil amb el desenvolupament de la mecànica clàssica, la mecànica quàntica, el magnetisme i la ciència de la velocitat química, i en camps pràctics més remots com la meteorologia, la teoria de la informació i la biologia (fisiologia), i el motor de vapor, maquinària de combustió interna. També està vinculat als avenços tecnològics com el criògen i la generació d'electricitat.

El desenvolupament de la termodinàmica va continuar i va continuar amb la teoria atòmica. A més, amb un enfocament enginyós, va mobilitzar noves direccions en probabilitat i estadística; veure, per exemple, la línia de temps de la termodinàmica.

La termodinàmica des de l'antiguitat

Els antics veien la calor com alguna cosa relacionada amb el foc. Els antics egipcis consideraven que la calor estava relacionat amb orígens mitològics. En la tradició filosòfica occidental, Empedocles va proposar una teoria de quatre elements, en la qual totes les substàncies deriven de la terra, l'aigua, l'aire i el foc. Al voltant del 500 a. C., el filòsof grec Heràclit va argumentar que els tres elements principals en la naturalesa eren foc, terra i aigua.

En el període modern, es pensava que la calor era una mesura d'un fluid invisible, conegut com calòric. Els cossos van ser capaços de contenir una certa quantitat d'aquest fluid, el que va portar a terme capacitat de calor.

Als segles XVIII i XIX, els científics van abandonar la idea d'un calòric físic i, en canvi, van entendre la calor com una manifestació de l'energia interna d'un sistema. Avui la calor és la transferència d' energia tèrmica desordenada.

L'atomisme és una part central de la relació actual entre la termodinàmica i la mecànica estadística. Els pensadors antics com Leucip i Demòcrit, i més tard els epicuris, en avançar l'atomisme, van asseure les bases per a la teoria atòmica posterior. Fins que la prova experimental dels àtoms es va proporcionar més tard al segle XX, la teoria atòmica va ser impulsada en gran mesura per consideracions filosòfiques i intuïció científica.

El filòsof grec Parmènides del segle V aC, utilitza el raonament verbal per postular que un buit, essencialment el que ara es coneix com a buit, en la naturalesa no podria ocórrer. Aquesta opinió va ser recolzada pels arguments d'Aristòtil, però va ser criticada per Leucip i Heroi d'Alexandria. Des de l'antiguitat fins a l'Edat Mitjana, es van presentar diversos arguments per provar o desaprovar l'existència d'un buit i es van fer diversos intents per construir un buit, però tots van resultar infructuosos.

Els científics europeus Cornelius Drebbel, Robert Fludd, Galileu Galilei i Santorio Santorio en els segles 16 i 17 van poder mesurar la relativa "fredor" o "calor" de l'aire, utilitzant un termòmetre d'aire rudimentari.

En 1643, Galileu Galilei creia que l'avorriment del buit de la natura és limitat. Les bombes que operen en mines ja havien demostrat que la natura només ompliria un buit amb aigua fins a una alçada de ~ 30 peus. Coneixent aquest curiós fet, Galileu va encoratjar al seu antic alumne Evangelista Torricelli a investigar aquestes suposades limitacions.

teoria atòmica

La teoria atòmica és una teoria física que suposa que tot en el món consisteix en les partícules més petites: àtoms, units entre si per forces nuclears i elèctriques. Al segle XX, es va demostrar en la pràctica que un àtom pot dividir-se en partícules subatòmiques encara més petites.

La termodinàmica com a ciència

El físic i químic irlandès Robert Boyle en 1656, en coordinació amb el científic anglès Robert Hooke, va construir una bomba d'aire. En utilitzar aquesta bomba, Boyle i Hooke van notar la correlació pressió-volum: PV = constant. En aquest temps, se suposava que l'aire era un sistema de partícules immòbils, i no s'interpretava com un sistema de molècules en moviment.

El concepte de moviment tèrmic sorgir dos segles després. Més tard, després de la invenció del termòmetre, la temperatura de la propietat podria quantificar. Aquesta eina li va donar a Gay-Lussac l'oportunitat de derivar la seva llei, que va conduir poc després a la llei dels gasos ideals. Però, ja abans de l'establiment de la llei dels gasos ideals, un associat de Boyle anomenat Denis Papin va construir en 1679 un digestor ossi, que és un recipient tancat amb una tapa ben ajustada que confina el vapor fins que es genera una alta pressió.

Màquina de vapor

Els dissenys posteriors van implementar una vàlvula d'alliberament de vapor per evitar que la màquina exploti. A l'observar com la vàlvula es movia rítmicament cap amunt i cap avall, Papin va concebre la idea d'un motor de pistó i cilindre, un motor alternatiu.

No obstant això, en 1697, basat en els dissenys de Papin, l'enginyer Thomas Savery va construir el primer motor de vapor. Encara que aquests primers motors eren crus i ineficients, van atreure l'atenció dels principals científics de l'època. Un d'aquests científics va ser Sadi Carnot, el pare de la termodinàmica, qui en 1824 va publicar Reflexions sobre el poder motriu del foc, un discurs sobre la calor, la potència i l'eficiència del motor. Això marca el començament de la termodinàmica com a ciència moderna.

En els anys següents, es van construir més variacions de motors de vapor, com el Newcomen cerca i més tard el Watt cerca. Amb el temps, aquests primers motors eventualment s'utilitzarien en lloc de cavalls. Per tant, cada motor va començar a associar-se amb una certa quantitat de "potència de cavall" depenent de quants cavalls havia reemplaçat. El principal problema amb aquests primers motors va ser que eren lents i maldestres, convertint menys del 2% del combustible fòssil d'entrada, generalment carbó, en treball útil. D'aquí va néixer la necessitat d'una nova ciència de la dinàmica del motor.

Evolució història de la termodinàmica fins al moment actual

La història de la termodinàmica marca els seus inicis en 1824. Va ser Sadi Carnot, en 1824, el primer a demostrar que es pot obtenir treball de l' intercanvi de calor entre dues fonts a diferents temperatures. Mitjançant el teorema de Carnot i la màquina ideal de Carnot (basada en el cicle de Carnot) va quantificar aquest treball i va introduir el concepte d'eficiència termodinàmica.

En 1848, Lord Kelvin, utilitzant la màquina de Carnot, va introduir el concepte de temperatura termodinàmica efectiva i és responsable d'una declaració del segon principi de la termodinàmica.

En 1850 James Prescott Joule va demostrar la igualtat de les dues formes d'energia (llavors es creia que el líquid calòric encara existia).

Havent arribat a això, es va plantejar el problema que, si fos possible obtenir la calor total del treball, no hagués estat possible obtenir el invers. Aquest resultat també va aterrar Clausius que el 1855 presenta el seu desigualtat per reconèixer processos reversibles de les irreversible i estat de la funció de l'entropia.

El 1876 Willard Gibbs va publicar el tractat "Sobre l'equilibri de substàncies heterogènies" (Sobre l'equilibri de substàncies heterogènies) que mostrava com un procés termodinàmic podria representar-se gràficament i com estudiar d'aquesta manera l'energia, l'entropia, el volum, la temperatura i la pressió podrien preveure l'eventual espontaneïtat del procés considerat.

El cas de la termodinàmica és emblemàtic en la història i en 'l'epistemologia de la ciència: és un d'aquests casos en què la pràctica ha estat pioner en la teoria mateixa: la primera està dissenyada per a la màquina de vapor, a continuació, es va sistematitzar el seu funcionament teòric a través dels seus principis bàsics.

Relació de la termodinàmica amb l'energia solar

La història de la termodinàmica té un paper fonamental en el camp de l'energia solar i concretament en l'energia solar tèrmica. L'aprofitament de la radiació solar per obtenir calor es va començar a utilitzar en l'antiguitat. Les cultures primitives la utilitzaven sense tenir consciència d'això.

Més endavant, diferents civilitzacions han desenvolupat la seva arquitectura per aprofitar la calor solar d'una manera eficient, com es detalla en la història de l'energia solar. Es tracta del que en l'actualitat es diu energia solar passiva.

Al voltant de 1767, Horace Bénédict De Saussure havia inventat el col·lector solar. Aquest nou col·lector solar va tenir una determinant repercussió en la història de l'energia solar i en el desenvolupament de l'energia solar tèrmica de baixa temperatura. El col·lector solar s'aprofita de la física termodinàmica per fer transferències de calor i transformacions termodinàmiques.

D'aquesta manera, les lleis de la termodinàmica van començar a tenir un paper fonamental en el desenvolupament de les energies renovables, concretament de l'energia solar.

valoración: 3 - votos 1

Última revisió: 10 de octubre de 2019