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Calor
CALOR
Escrito hace casi 400 años, Francis Bacon pensó calor es rápida agitación
'de las partículas de la materia”: No se debe pensar que el calor genera
movimiento o el movimiento de calor (aunque en algunos aspectos esto es cierto
), pero la esencia misma del
calor, lo sustancial de calor , es movimiento, y nada más. (Bacon , 1620 ).
Bellamente expresado, y muy parecida a nuestro punto de vista actual, pero
lamentablemente Bacon fue lejos la cabeza de su tiempo. Muy diferentes teorías,
respecto de calor como
una especie de líquido, se presentaron durante los próximos 200 años, y dominó
hasta bien entrado el siglo XIX. La aceptación final de Bacon llegó sólo al
final del
siglo, con el éxito de la teoría atómica de la materia. La teoría atómica
sostuvo que todo consistía en arreglos de partículas fundamentales
indivisibles, llamadas átomos y que sólo había un número limitado de tipos de átomo
. (El nombre proviene de la uncuttable significado griego ïtï´ï¯ïï¯ï³) Como esta imagen de la materia se estableció, la teoría
cinética del
calor desarrollada rápidamente. Un simple gas tal como el helio fue visto a consistir en una
número muy grande de átomos idénticos se mueven constantemente en direcciones
al azar. Cuando la energía cinética media de los átomos se encontró que
dependía sólo de la temperatura , que era un relativamente corto paso para
identificarcalentar a sí misma como
energía cinética. Para materiales más complejos, tales como moléculas o metales, la energía asociada
con las fuerzas entre átomos deben también ser tenidos en cuenta, pero no es
menos cierto que la energía térmica no es una nueva forma fundamental. El
' contenido de calor ' de un gas simple es no más que la energía
cinética de sus átomos , y un aumento de la temperatura es un aumento en la
velocidad media de estos átomos : medios más calientes más rápidas.
Figura 7 Francis Bacon (1561-1626). nacido en el Strand.
Londres, educado en Cambridge y como abogado, encabezó una aventurera
búsqueda de vida en los tribunales de Elizabeth I y James I. se convirtió en
Lord Canciller, pero fue declarado culpable de aceptar sobornos. Él publico una
confesión (que reivindica que aceptar sobornos no habría cambiado sus decisiones),
fue multado y enviado a la Torre. El rey James pagó la multa y Bacon fue puesto
en libertad al cabo de unos días. él escribió extensamente sobre muchos temas,
pero es mejor conocido por el Avance de la ciencia y la NovumOrganum, en la que
argumentó que la ciencia No debe continuar contemplando las obras de los
filósofos griegos, sino el mundo natural.
La ciencia no se detiene; nuevosexperimentos se llevan a cabo y surgen nuevas
teorías.Durante el último medio siglo dos objetivos principales han sido
integrar las diferentes fuerzas en una teoría y comprender la naturaleza de las
partículas. En esta búsqueda constante de la 'teoría del todo',
incluso la distinción entre fuerzas y partículas comienza a desaparecer, pero
estos acontecimientos están más allá del alcance de este libro.
Radiactividad y la fisión
Las masas atómicas relativas se muestran en la Figura 4,20 revelan que el
número de protones y neutrones tienden a ser iguales en los átomos más ligeros,
pero un exceso de neutrones se desarrolla gradualmente como los átomos se hacen
más pesados (como por ejemplo, en cobre, más arriba].Podemos ver por qué estas
deben ser necesarias. Debido a que cada protón repele todo otro protón, la
energía necesaria para mantener a todos al mismo tiempo aumenta abruptamente
cuando su número aumenta. Los neutrones no, por supuesto, la experiencia de la
fuerza eléctrica, y todos los nucleones (protones y neutrones) se sienten
atraídos el uno al otro por la fuerza nuclear fuerte. por lo que cualquier
aumento en el número de neutrones ayuda a mantener la estabilidad frente a la
tendencia creciente de los protones para llegar a romperse.Finalmente, más allá
del elemento de bismuto, con 83 protones y 126 neutrones, no hay núcleos más
estables.Todos los elementos más allá de bismuto son radioactivos: sus núcleos
emiten espontáneamente partículas de alta energía cargadaseléctricamente.
cambian en diferentes núcleos en el proceso.Si esto es así. scómo es que nos
encontramos con uranio (número atómico 92] que todavía existen en la corteza de
la Tierra?La respuesta es que se va desgastando, pero
como veremos en el capítulo 10. muy
lentamente.
La presencia de radiactividad muestra que los núcleos pueden ser inestables,
pero es la fisión que ofrece la perspectiva de un continuo nos proveen de
energía.En la fisión, a diferencia de la radiactividad, el núcleo se divide en
dos partes aproximadamente iguales.Esto libera una gran cantidad de energía
cuando los dos grupos apretados de protones llegar a romperse. sólo hay una
forma natural de material fisible: el isótopo uranio-235.También es radiactivo.
por lo que si su nucleo puede desintegrarse ya sea por el camino emitiendo una
sola. mucho más ligero o por medio de partícula de aproximadamente división.
.Ambos procesos liberar energía, y ambos se producen naturalmente en muy lento.
Las diferencia fundamental es que mientras que no lo afecta la radioactividad
mucho, hemos descubierto cómo controlar la velocidad de fisión. Puede ha
'aumentado a miles de millones de veces la tasa natural, con un
correspondiente en la velocidad a la cual la energía es sed, relea (véanse los
capítulos 10 y 11).
El núcleo de un átomo. con sus protones estrechamente empaquetadas. es un
almacén de energía extremadamente compacta, y la energía liberada en la fisión
de un núcleo es muchos millones de veces mayorque la liberada en la combustión
de una molécula '.Como se ha mencionado anteriormente. más de lo I S en energía
eléctrica hecho rel
como los dos grupos de
protones aparte.Enfissio n
como
en la radiactividad. la mayor parte es, de hecho, la energía eléctrica liberada
como la energía cinética de rápido movimiento de partículas, pero las
colisiones de estos con los átomos de la alfombra circundante rápidamente se
transforma en energía térmica.
