Cátedra 2: Historia — Calor y Máquinas de Vapor
Contexto histórico que motivó la termodinámica: las máquinas de vapor, la confusión entre calor y temperatura, el experimento de Joule y el nacimiento de la Primera Ley.
Temas que cubre
- Máquina de Newcomen (1712) y la mejora de James Watt (~1765)
- El condensador separado: clave de la eficiencia de Watt
- Revolución Industrial: de la artesanía a la fábrica, impacto social
- Teoría del calórico vs. teoría cinética del calor
- Experimento de Rumford: el calor como movimiento, no como fluido
- Experimento de Joule (paletas): equivalente mecánico del calor
- Calor latente y transiciones de fase: calor sin cambio de temperatura
- Calorimetría: medición del calor por fusión de hielo
Conceptos clave
Máquina de Watt
La innovación de Watt fue el condensador separado: en lugar de enfriar y recalentar el mismo cilindro (ineficiente), el vapor se condensa en una cámara aparte. Esto redujo drásticamente el combustible necesario.
Teoría del calórico
Durante el siglo XVIII se creía que el calor era un fluido imponderable ("calórico") que fluía de objetos calientes a fríos. Esta teoría fue descartada cuando Rumford mostró que el taladrado de cañones genera calor ilimitado: no hay fluido que se agote.
Experimento de Joule
Joule midió el trabajo realizado por pesas que hacen girar paletas en un líquido, y el aumento de temperatura resultante. Descubrió que $\Delta U - W \neq 0$: la diferencia es el calor. Esto estableció la equivalencia trabajo ↔ calor.
Calor latente
Durante una transición de fase (p.ej. fusión del hielo) se agrega calor sin que cambie la temperatura. Esto prueba que temperatura y calor son conceptos distintos: el calor es energía en tránsito, la temperatura mide la energía cinética promedio.
Fórmulas fundamentales
Qué hay que entender
- Calor ≠ temperatura. La confusión entre ambos duró más de un siglo. El calor es energía en tránsito; la temperatura es el estado del sistema.
- El experimento de Joule es conceptualmente profundo: muestra que el déficit $\Delta U - W$ no es cero, y ese déficit tiene que ser el calor (por conservación de energía).
- La teoría del calórico fracasó porque el calor generado por fricción no tiene límite: si fuera un fluido, en algún momento se acabaría.
- La Revolución Industrial no fue solo tecnológica: transformó la sociedad, creó el proletariado urbano y motivó las primeras leyes laborales.
- El calor latente explica por qué el hielo enfría tan bien las bebidas: absorbe mucha energía sin subir de temperatura.