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Lord Kelvin, cero absoluto y varios errores

William Thomson, Lord kelvin, estableció el “cero absoluto” en temperatura, es decir, la mínima temperatura posible, el estado de mínima energía térmica que pueden adoptar átomos y moléculas.

Afamado científico de la época, Lord Kelvin (1824-1907), desarrolló la escala de temperatura Kelvin y era conocido por sus esfuerzos en modernizar la física de su tiempo y por sus descubrimientos en termodinámica y electricidad.cero absoluto

El mayor logro de Lord Kelvin fue el establecimiento del concepto de “cero absoluto”, tomando como 0K la mínima temperatura que puede tomar un cuerpo. Este 0K, traducido a la escala del Sistema Internacional de Unidades, se correspondería con -273,15 ºC. Según la tercera ley de la termodinámica, el cero absoluto es un límite inalcanzable.

Otro de los logros de Kelvin fue el descubrimiento del efecto termoeléctrico o efecto Thomson, con el cual Kelvin logró relacionar el efecto Seebeck y el efecto Peltier:

1) Efecto Seebeck: descubierto en 1821 por el físico estonio Thomas Johann Seebeck, este experimento consistía en crear una diferencia de potencial eléctrico al someter a una diferencia de temperatura dos metales o semiconductores distintos. Lo descubrió entrelazando dos metales diferentes (cobre y bismuto) y calentar la unión.

Efecto Seebeck

2) El efecto Peltier: el efecto Peltier, descubierto en 1834 por el físico francés Jean Charles Athanase Peltier, es un experimento por el cual se hace pasar una corriente eléctrica por un circuito compuesto de materiales diferentes cuyas uniones están a la misma temperatura. Como resultado se produce el efecto inverso al Seebeck, es decir, se absorbe calor en una unión y se desprende en la otra. Si se invierte invertir la polaridad del circuito, la superficie que antes generaba frío empieza a generar calor, y la que generaba calor empieza a generar frío.

La soldadura de dos metales distintos origina una diferencia de potencial (V) debido a la diferencia de energía de los electrones libres de un metal respecto a los del otro. Al hacer pasar una corriente eléctrica por una soldadura puede pasar que la dirección de la corriente sea contraria a la diferencia de potencial, los electrones tienen que ganar energía y la absorben en forma de calor de la soldadura, con lo que la soldadura se enfría. Si la corriente es a favor, los electrones pierden energía y la soldadura se calienta. Según sea el sentido de circulación de la corriente enfriaremos o calentaremos la soldadura. La cantidad de calor absorbida o emitida en la soldadura resulta proporcional a la corriente eléctrica mediante el coeficiente Peltier.

“El efecto Seebeck es la transformación de diferencias de temperaturas directamente a electricidad, mientras que el efecto Peltier trata sobre la creación de una diferencia de temperatura originada por un voltaje eléctrico”

El efecto Thomson de Kelvin de 1851 demostraba el calentamiento o enfriamiento de un conductor portador de corriente con un gradiente de temperatura. La cantidad de calor asociada es proporcional a ambos, el gradiente térmico y la corriente circulante, a través del coeficiente Thompson. Con esto Kelvin  logró demostrar que el efecto Seebeck y el efecto Peltier estaban relacionados.

Efecto Seebeck Peltier Thomson

Las aportaciones de Lord Kelvin a la física en los campos de la electricidad y la termodinámica resultan esenciales, aunque también podemos atribuirle algún error a su dilatada trayectoria científica.

Primer error de Kelvin

El primer error de Kelvin fue al calcular la edad de la Tierra, datándola en tan sólo 24 a 100 m.a. Este dato no cuadraba en absoluto con las dataciones de geólogos que suponían una edad mucho mayor. Kelvin contaba con gran prestigio y credibilidad en aquella época, por lo que su cálculo fue bien acogido por gran parte de la comunidad científica. Una de las primeras repercusiones de esta afirmación era que ponía en duda la teoría de la evolución, ya que esta “necesitaba” un periodo mayor de tiempo para poder explicarse.

Actualmente se estima que la edad de la Tierra esté en torno a los 4500 m.a., por lo que la desviación de Kelvin era considerable. Kelvin, para el cálculo, supuso que la Tierra en su origen había sido una esfera fundida con una temperatura homogénea y que se fue enfriando poco a poco por conducción. A partir del gradiente obtuvo la edad de nuestro planeta. La explicación del error de Kelvin se justifica de dos maneras:

a) Por una parte no fue hasta 1896 cuando el francés Antoine-Henri Becquerel (1852-1908) descubrió accidentalmente la radiactividad. El aporte de calor procedente de la radiactividad no se tuvo en cuenta por Kelvin para el cálculo.

En 1904, el neozelandés Ernest Rutherford (1831-1937) fue ponente en una conferencia sobre actualidad en la física ante una distinguida audiencia entre la que se encontraba Lord Kelvin. Rutherford tenía mucho respeto por Kelvin y su presencia le provocaba cierta inquietud. Según sus propias palabras, manejó aquella delicada situación de la siguiente manera:

“Para mi alivio, Kelvin se quedó dormido, pero cuando llegué al punto importante vi incorporarse al viejo zorro, abrir un ojo y echarme una mirada siniestra. Entonces tuve una súbita inspiración y dije:
– Lord Kelvin había puesto un límite a la edad de la Tierra, siempre que no se descubriera ninguna nueva fuente de calor. Esa profética observación alude a lo que estamos considerando esta noche, la radiactividad.
– El viejo me sonrió.”

b) Otro fallo del científico consistió en no considerar la convección del manto terrestre y considerar que la transferencia de calor era por conducción. En aquella época la idea de una manto terrestre fluido, la tectónica de placas y las corrientes de convección no eran conocidas y Kelvin pensó en un manto sólido.conveccion

Segundo error de Kelvin

En 1896 el físico y matemático británico Lord Kelvin declaró que los rayos X “eran tan absurdos que, sin lugar a dudas, debían de ser un engaño”. Kelvin más tarde tuvo que retractarse  e incluso aceptó ver su mano a través de un aparato de éstos.

Más errores

Kelvin erró intentando calcular lo que durarían las reservas terrestres de oxígeno al no tener en cuenta el ciclo natural del oxígeno.

“El oxígeno de la Tierra se acabará en 400 años”

Otras frases tan célebres como erróneas atribuidas a Kelvin fueron:

“La radio no tiene futuro”

“No hay nada nuevo para ser descubierto en la física. Todo lo que queda es hacer mediciones más y más precisas”

“Las máquinas voladoras más pesadas que el aire son imposibles”

 

Referencias:

-Richter, E.M. (1986). Kelvin and the age of the earth. Journal of Geology

-Rowe, D. M. (2006). Thermoelectrics Handbook:Macro to Nano. Taylor & Francis

-Paul A. (1991). Física preuniversitaria. Reverté. Vol. 1

*Cuadernos de física elemental y apuntes universitarios

One Response to Lord Kelvin, cero absoluto y varios errores

  1. Pablo says:

    No estoy seguro, pero creo que fue Él quien dijo “vi mi muerte” cuando vio su mano en rayos X.

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