Reflexiones sobre la fuerza motriz del fuego y sobre las máquinas aptas para desarrollar esa fuerza es un tratado científico escrito por el ingeniero militar francés Sadi Carnot . [1] [2] [3] [4] [5] Publicado en 1824 en francés como Réflexions sur la puissance motrice du feu et sur les machines propres à développer cette puissance , el breve libro (118 páginas en el original) buscaba proponer una teoría racional de las máquinas térmicas . En esa época, las máquinas térmicas habían adquirido una gran importancia tecnológica y económica, pero se entendía muy poco sobre ellas desde el punto de vista de la física .
Las Reflexiones de Carnot se consideran hoy en día un documento clave en el desarrollo de la termodinámica moderna , y el propio Carnot (que no publicó nada más durante su vida) ha sido identificado a menudo como el "padre de la termodinámica". El libro introdujo conceptos como la eficiencia termodinámica , los procesos reversibles , el ciclo termodinámico y el teorema de Carnot .
El libro se considera la obra fundacional de la termodinámica . [2] : viii Contiene el esbozo preliminar de la segunda ley de la termodinámica . Carnot afirmó que la fuerza motriz se debe a la caída de calor ( chute de calorique ) de un cuerpo caliente a uno frío, lo que comparó con el trabajo realizado por una rueda hidráulica debido a una cascada ( chute d'eau ). [6]
A pesar de que la teoría calórica del calor era incorrecta, el trabajo de Carnot reunió tres ideas que siguen siendo relevantes y que fueron utilizadas por sus sucesores para desarrollar el concepto de entropía :
De manera similar a cómo la ley de Reflexiones fue la precursora de la segunda ley, el artículo de 1843 del físico inglés James Joule , Equivalente mecánico del calor, fue el precursor de la primera ley de la termodinámica . En su ensayo, Carnot también derivó el resultado que más tarde se conocería como la relación de Clausius-Clapeyron . [7]
El ensayo de Carnot recibió muy poca atención durante su vida. Carnot no publicó nada más y murió en 1832, a la edad de 36 años. Sin embargo, en 1834 un ingeniero de minas francés, Émile Clapeyron , publicó una Memoria sobre la fuerza motriz del calor que presentaba el análisis de Carnot de forma gráfica. [4]
El físico alemán Rudolf Clausius conoció el trabajo de Carnot a través de las memorias de Clapeyron. Clausius corrigió la teoría de Carnot reemplazando la conservación del calórico por la equivalencia trabajo-calor (es decir, la conservación de la energía). Clausius también puso la segunda ley de la termodinámica en forma matemática al definir el concepto de entropía . Ese trabajo apareció en 1850 en la Teoría mecánica del calor de Clausius . [8]
Otro comentario muy influyente sobre el ensayo de Carnot (también a través de las memorias de Clapeyron) fue publicado en 1849 por William Thomson (el futuro Lord Kelvin ), en un artículo titulado An Account of Carnot's Theory of the Motive Power of Heat (Una explicación de la teoría de Carnot sobre la fuerza motriz del calor). En ese artículo, Kelvin dijo sobre la derivación de Carnot de lo que más tarde se llamaría la "ecuación de Clausius-Clapeyron" que "nada en todo el espectro de la filosofía natural es más notable que el establecimiento de leyes generales mediante un proceso de razonamiento de este tipo". [9]
Debido a sus respectivos comentarios sobre el ensayo de Carnot, los libros de texto modernos sobre termodinámica suelen introducir un "enunciado de Clausius" y un "enunciado de Kelvin" de la segunda ley de la termodinámica. Estos enunciados parecen ser diferentes, pero se puede demostrar que son lógicamente equivalentes mediante un argumento basado en el ciclo de Carnot.
)Esta relación fue deducida por Carnot, pero se denomina ecuación de Clausius-Clapeyron.