Clausius, Rudolf Julius (1822-1888).
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- Rudolf Clausius.
Físico alemán que nació en Köslin el 2 de enero de 1822, y murió en Bonn en 1888. Su padre tenía una pequeña escuela en la que realizó sus primeros estudios. Aunque en su juventud comenzó a asistir a clases de Historia en la Universidad de Berlín, pronto cambió esta materia por las ciencias, y así trabajó con maestros como Ohm y Dedekind. Vivió muy humildemente durante su época universitaria, causa por la que sus estudios se alargaron innecesariamente. Al finalizarlos ejerció como profesor en varias universidades alemanas y suizas (Zurich, Wurzburgo y Bonn). Fue gravemente herido en 1870, durante la guerra, cuando con un grupo de alumnos organizaba un servicio de ambulancias para la atención a heridos.
En el ámbito científico sus primeras andaduras experimentales más reseñables comenzaron en 1849 con el estudio de las leyes que rigen las relaciones entre la presión y temperatura, que fueron acompañadas con el trazado de las primeras curvas de ebullición.
Un año más tarde formuló la ley que le hizo mundialmente famoso, conocida hoy en día como el segundo principio de la termodinámica: "El calor no puede pasar nunca por sí mismo de un cuerpo más frío a otro más caliente". Este principio, también llamado principio de la entropía, concepto que él mismo introdujo y definió un poco más tarde, en 1865, y que afirma: en la práctica técnica el proceso de paso del calor de un cuerpo a una temperatura superior a otro que está a una temperatura más baja, no puede realizarse de manera inversa sin que se produzcan como consecuencia de ello modificaciones permanentes en el entorno. De ello se deduce que la energía liberada cuando la temperatura desciende de una valor "Ta" a otro "Tb" no se transforma completamente en energía mecánica, el rendimiento energético de esta transformación es como máximo de 1-Tb/Ta. Así se solucionaba un problema latente entre los científicos de su tiempo, que teorizaban sobre si era posible o no convertir totalmente la energía calorífica en trabajo.
En 1851 mientras trabajaba con disoluciones salinas, afirmó por primera vez que las sales pueden existir en una disolución en forma de iones, sin necesidad de que previamente se haya aplicado una corriente eléctrica.
En 1857 publicó la primera teoría completa sobre la cinética de la materia. Para ello comenzó por primera vez a emplear la mecánica estadística: estableció un modelo ideal para la estructura de los gases y, aplicando las leyes de la mecánica, dedujo su comportamiento externo o macroscópico a partir de ciertas hipótesis sobre el comportamiento estadístico de las moléculas del gas. Es decir, debido a que las colisiones moleculares se producen entre moléculas en movimiento y con perfecta elasticidad, a cada instante habrá en el seno de un gas moléculas moviéndose en todas las direcciones y con todos los valores posibles de la velocidad. La energía total de traslación de todas las moléculas da la medida del contenido calórico del gas, y la energía cinética de las mismas depende directamente de la temperatura del gas. A partir de estos postulados se puede deducir matemáticamente que la presión P ejercida por un gas sobre las paredes de un recipiente que lo contenga es igual a 1/3 n´ m v2 donde "n´" es el número de moléculas por unidad de volumen, "m" es la masa de cada una de ellas y "v2" es el valor medio de los cuadrados de las velocidades individuales. Esta ecuación permite deducir así todas las propiedades experimentales más sencillas de los gases.
Por otra parte y basándose en su teoría cinética, Clausius obtuvo una ecuación de estado para los gases reales. Para ello prescindió en su tratamiento estadístico de varias hipótesis que se habían dado sobre los gases ideales, como el postulado de que el volumen ocupado por las moléculas de un gas era despreciable y que las moléculas de un gas no interaccionan entre sí. Por tanto, consideró las moléculas de un gas como esferas de diámetro d. Resulta así que, si en un volumen V se tienen n moles de gas, el volumen disponible era V-nb y no V, siendo "b" un factor dependiente del diámetro de las moléculas en la forma:
b= 2/3 Na p d3
(Na: número de Avogadro)
La ecuación de estado de Clausius quedaba así:
P(V- nb) = n R T
siendo "P" la presión del gas, "n" el número de moles, "R" la constante universal de los gases ideales y "T" la temperatura del gas.
Más tarde Van der Waals tendría también en cuenta que entre las moléculas podrían existir interacciones de tipo eléctrico, introduciendo otro factor corrector en la ecuación de Clausius, de manera que ésta quedaría así:
(P+ an2/V2) (V-nb) = n R T
siendo "a" una constante relacionada con la intensidad de las fuerzas de interacción.
Los descubrimientos de Clausius fueron importantes puntos de partida para investigaciones posteriores más profundas que ni él mismo pudo imaginar.
