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El modelo cinetico de las particulas microscopicas - Clausius, Clausius'
Clausius.
Rudolf Julius Emmanuel Clausius1 (Koszalin, Prusia, 2 de
enero de 1822- Bonn, 24 de agosto de 1888), fue
un físico y matematico aleman, considerado uno de los
fundadores centrales de la ciencia de la termodinamica.2 En su
nueva formulación del principio de Sadi Carnot, conocido como ciclo
de Carnot, propuso la teoría del calor conocida como la ley de la Constantinopla
térmica sobre una base mas sólida y mas verdadera.
En su trabajo mas importante sobre la teoría mecanica del
calor, publicado en 1850, estableció por primera vez las ideas
basicas de la segunda ley de la termodinamica. En 1865 introdujo el concepto de entropía.
Trabajo[editar]
La tesis de Clausius sobre la refracción de la luz propuso que vemos un
cielo azul durante el día, y varios tonos de rojo al amanecer y al
atardecer (entre otros fenómenos), debido a la reflexión y
refracción de la luz. Mas tarde, Lord Rayleigh demostraría
que se trataba en realidad debido a la dispersión de la luz, sin embargo
Clausius utiliza un enfoque mucho mas matematico que sus
predecesores.Su artículo mas famoso, «Über die
bewegende Kraft der Wärme» («Sobre la fuerza motriz del calor
y las Leyes del calor que pueden ser deducidas» se
publicó en 1850 y se refería a la teoría mecanica
del calor. En este trabajo, demostró que
existía una contradicción entre el principio
de Carnot yel concepto de conservación de la
energía. Clausius reiteró las dos leyes de
la termodinamica para superar esta contradicción
(la tercera ley de la termodinamica fue desarrollada por Walther
Nernst entre los años 1906 y 1912). Este
trabajo lo hizo famoso entre los científicos.
Clausius hizo una importante contribución en 1857 al campo de
la teoría cinética redefiniendo el modelo
cinético de los gases de August Krönig, mucho mas
simple, para incluir los movimientos de traslación, rotación y
vibración de las moléculas. En este
mismo trabajo introdujo el concepto de recorrido libre medio de una
partícula.4 5 6
El volúmen atómico esta determinado por los electrones que
se encuentran describiendo órbitas alrededor del núcleo.
No todos los electrones tienen el mismo nivel de energía y en
consecuencia no describen las mismas órbitas. Dada la dificultad para
determinar con exactitud la velocidad y la posición del electrón
en los atomos los científicos han diseñado modelos
matematicos complicadísimos basados en el calculo de
probabalidades los cuales no estan al alcance de un curso
introductoriode química. Sin embargo, podemos decir en forma general que
lo basico de este modelo lo constituyen las
capas de electrones que son ciertas regiones energético - espaciales
donde existe mayor probabilidad de encontrar a los electrones. En cada una de ellas se encuentra un número determinado de
elctrones.
A las capas se le han asignado convencionalmente las
letras K, L, M, N, O, P y Q; correspondiendo la primera capa de electrones K, a
la mas próxima al núcleo y por lo tanto al nivel de menor
contenido energético, y la última capa Q, a la mas lejana
y de mayor nivel de energía.
El núcleo del
atomo
La parte central del
atomo de dimensiones extraordinariamente pequeñas y carga
eléctrica positiva y recibe el nombre de núcleo. Su densidad de 40 millones de toneladas por cm cúbico.
La pequñez del núcleo es tal que
la unidad de medida para las dimensiones nucleares es el Fermin (0 cm) y no el Angstron ( 0,00000001cm.), unidad
de medida para las demensiones del
mundo atómico, ¡100000 veces mas pequeña!
Estos diametros varían de atomo a atomo,peroi siempre dentro de esos mismos órdenes de
magnitud.
Naturaleza de las partículas que constituyen el núcleo Las
partículas elementales constituyentes del núcleo
son los protones y los neutrones. Cada atomo tiene una
carga nuclear positiva que le es característica, determinada por el
número de protones.
El atomo del
agua
Clausius deduce la Relación de
Clausius-Clapeyron de termodinamica. Esta relación, que
es una manera de caracterizar la transición de fase entre
dosestados de la materia, tales como sólido y líquido,
había sido desarrollada originalmente en 1834 por Émile
Clapeyron.
Tres años antes de su muerte, Clausius escribe un pequeño
opúsculo, titulado «Sobre los recursos energéticos de la
naturaleza y su utilización para el bien de la humanidad», en el
que advierte de que el futuro de la humanidad depende de ser capaces de
alimentar nuestras industrias y maquinas con el sólo concurso de
energías renovables, en definitiva, de energía solar, ya sea en
forma directa o indirecta.
Como
él mismo enfatiza «No se trata aquí en absoluto de sopesar
probabilidades, sino de que puede distinguirse con total certidumbre lo posible
de lo imposible. Cualquier obtención de energía sin un gasto
correspondiente de energía es absolutamente imposible
.»
Clausius es quizas uno de los primeros militantes ecologistas,
por así decir. En todo caso, describió las consecuencias
de las leyes de la termodinamica para la formulación una
economía coherente con ellas, lo que daría lugar en el siglo XX a
la creación de la economía ecológica.7