Junto con Botlzmann (1844-1906) J.W. Gibbs (1839-1903) y A. Einstein (1873-1955) es considerado como uno de los fundadores de la física estadística. Se encontró con el problema de determinar el movimiento de grandes números de cuerpos que colisionan entre sí, mientras estudiaba los anillos de saturno en 1854 al que hemos hecho referencia anteriormente.
Física estadística no es otra cosa que la Teoría Cinética. El punto de partida de estudio de ésta fue en 1859 al leer un artículo de Clausius (1822-1888) ( que abogaba también por la Teoría de acción a distancia de partículas cargadas), a partir de este artículo Maxwell elabora una teoría de los movimientos y colisiones de partículas libres que actúan por impacto. Aplicándolo a la fricción interna de gases y conducción de calor a través de un gas.
Esta teoría engloba:
1º Todas las propiedades de los gases descritos en ella.
2º Los coeficientes de transporte.
3º Proporciona además un método estadístico para describir el estado de un gas.
Clausius introducía en su artículo un concepto nuevo y original por aquel entonces: RECORRIDO MEDIO de la molécula de un gas, que abría el camino a la determinación estadística de movimiento de grandes números de cuerpos que colisionaban entre sí.
En 1860 Maxwell realiza un trabajo publicado en la Revista Philosophical Magazine titulado: < Manifestaciones de la Teoría de la Dinámica de gases>. Clausius se había basado en que todas las moléculas de gas tenían la misma velocidad (aunque esto no era cierto). Maxwell fue más allá: obtuvo una fórmula estadística para la distribución de velocidades en un gas a presión uniforme. En la proposición 4ª de este trabajo formuló v y v + dv se le conoce hoy en día como FUNCION DISTRIBUTIVA.
Otro resultado es que la energía de un sistema debe distribuirse por igual, en promedio, entre todas sus partes. En su trabajo Maxwell hizo una manifestación del Teorema de equipartición (de forma restringida había sido propuesto por J.J.Waterston en 1846) y viene a señalar:
" Todo grado de libertad tiene (o aporta) la misma energía" este Teorema aplicado a cierto caso referente a los calores específicos, provocaba un importante problema. Este se y otros problemas relacionados se resolverían con la Teoría Cuántica.
Las investigaciones de Maxwell se referían básicamente sólo a gases monoatómicos, despreciando además la energía potencial. Boltzmann, sin embargo, supuso que las moléculas están compuestas por varios átomos, supuso, por tanto, la existencia de una energía potencial interna, y que la totalidad de las moléculas se encuentran bajo la influencia de un campo de fuerza externo (ex: un campo gravitacional).
EL DIABLILLO DE MAXWELL.
Ideado en 1867 como parte de un experimento mental, este experimento consistía en demostrar que no siempre la 2º Ley de la termodinámica funciona. Maxwell en 1873 publico en Nature , en éste decía que las moléculas INDIVIDUALES no estaban sujetas al AZAR Y CAMBIO, sino que su comportamiento era CIERTO E INMUTABLE. Por lo que el método estadístico, en definitiva, no era aplicable a los movimientos de moléculas individuales.
Para distinguir los casos de moléculas individuales de grandes número de moléculas. Introdujo su demonio o diablillo. Éste fue de gran controversia y críticas. Para aquellos que no estaban a favor de la hipótesis atómica era un gran aliado.
La segunda ley de la termodinámica hace la distinción entre movimientos ordenados y desordenados e igualando el aumento de entropía con el aumento de movimientos desordenados a expensas de los ordenados.
Leo Szilar demostró que la actuación del diablillo siempre creaba tanta entropía como la que destruía, así evitaba un serio problema para la explicación estadística de la termodinámica. Para explicar el experimento mental de Maxwell recurriremos a un extracto de 1871:
"La termodinámica es un sistema encerrado en un contenedor que no permite ni cambios de volumen, transmisión de calor, por lo tanto la temperatura y la presión son los mismos en todos los lugares. Tan sólo cambian si se produce TRABAJO.
La 2º ley de la termodinámica es cierta si se trabaja con cuerpos considerados conjuntos provistos de masa, y no seamos capaces de percibir o manejar las moléculas de que están hechas. Si nos imaginamos a un ser (el diablillo) con facultades muy agudas que es capaz de seguir a todas las moléculas en su recorrido, este ser, cuyos atributos son finitos (tiene limitaciones) sería capaz de hacer lo que en la actualidad es imposible para nosotros.
Hemos visto que las moléculas de un recipiente lleno de aire, a temperatura uniforme, se mueven a velocidades que no son uniformes, aunque la velocidad de cualquier número grande de moléculas, elegido arbitrariamente, sea casi exactamente uniforme.
Supongamos que el recipiente está dividido en dos partes A y B, en dicha separación existe un agujero, y que un ser que puede ver las moléculas individuales, abre y cierra el agujero de forma que permite que pasen de A a B las moléculas más rápidas, y de B a A las más lentas, sin gasto de trabajo. La temperatura se empezará a elevar de B, y a disminuir la de A, en contradicción con la 2º Ley de la Termodinámica […]
Al tratar con masas de materia, sin que percibamos las moléculas individuales estamos obligados a adoptar lo que he descrito como método estadístico de cálculo y abandonar el método dinámico." (pp. 73-74 o.c Parte Sánchez Ron, 2006). En 1876 escribió .
BIBLIOGRAFIA.
Lecturas a fondo de
Ordóñez, J., Navarro, V., y Sánchez Ron, J. M., Historia de la ciencia Madrid, Espasa-Calpe 2004 (apartados correspondientes al tema en cuestión: p331 en adelante, Matemáticas y la mecánica. La Física experimental y la construcción de la ciencia de la electricidad. El calor y la máquina de vapor)
Este libro le he utilizado como un primer apoyo para tener un conocimiento básico de lo que iba a tratar el tema. Le he utilizado asimismo para la introducción, junto con el artículo de Historia de la electricidad de la Wikipedia, enlace: http://es.wikipedia.org/wiki/Historia_de_la_electricidad.
Berkson, W., Las teorías de los campos de fuerza. Desde Faraday hasta Einstein. Madrid , Alianza Universidad 1981 (Lectura correspondiente de los capítulos dedicados a Maxwell) hay que decir, que para aquellos que no estemos experimentados en ciencias, y en concreto sobre el electromagnetismo es difícil de comprender.(F/QC/173/7/B47/1981)
Harman, P.M., Energía, fuerza y materia. Desarrollo conceptual de la física del siglo. XIX. Madrid, Alianza Universidad, 1990. Un libro excelente, porque es de fácil comprensión incluso para aquellos que no tenemos nociones sobre física. (F/QC/7/H257/1990)
Holton, G. (Revisada y ampliada por S.G. Brush) Introducción a los conceptos y teorías de las ciencias físicas. Barcelona. de. Reverté S.A 1993. un libro intermedio entre el de Berkson y Harman, pero igualmente recomendable por si se tiene interés en el tema.
Las tres primeras obras están contenidas en el programa de la asignatura, la primera es el libro de cabecera, y las otras dos están en la obra secundaria y os dejo la referencia de búsqueda para localizarlo en la biblioteca de Humanidades. El cuarto libro, no sé si está en la biblioteca de Humanidades, seguramente que sí, en mi caso, lo cogí de la Biblioteca Municipal de Fuenlabrada.
Estos tres últimos los he utilizado para desarrollar el tema del Electromagnetismo desde Faraday hasta Maxwell, incluido el artículo encontrado en Internet, cuyo enlace es: http://www.sc.ehu.es/sbweb/física/electromagnet/campo/CONCEPTO2.htm
http://www.sc.ehu.es/sbweb/física/electromagnet/campo/CONCEPTO1.htm
Es una página creada por Ángel Franco García, sobre física con ordenador (Curso Interactivo de Física en Internet).
Para desarrollar el tema del pensamiento de Maxwell, he utilizado el artículo de José Antonio Acevedo Díaz, publicado en la Revista Eureka sobre Enseñanza y Divulgación de las ciencias (2004) Volumen 1 Nº 3, pp. 188-205, se puede encontrar vía Internet en el siguiente enlace: http://www.apac-eureka .org/revista/volumen1/numero_1_3/Elpapeldelasanalog%EDasenlacreatividadde los cient%EDficos.pdf
En cuento al tema de James Clerck Maxwel: vida y obra (no sólo en el campo del electromagnetismo) el seguido el libro de: Galindo, A., Hernando, A., Sánchez Ron, J. M. Maxwell y el electromagnetismo, Instituto de España, Madrid, 2007. Sólo he utilizado la parte de Sánchez Ron, pero las demás partes son igual de interesantes. (F/Sótano/110058).
MAXWELL Y EL ELECTROMAGNETISMO.
Enviado por:
Ing.+Lic. Yunior Andrés Castillo S.
"NO A LA CULTURA DEL SECRETO, SI A LA LIBERTAD DE INFORMACION"®
www.monografias.com/usuario/perfiles/ing_lic_yunior_andra_s_castillo_s/monografias
Página Web: yuniorandrescastillo.galeon.com
Santiago de los Caballeros,
República Dominicana,
2015.
"DIOS, JUAN PABLO DUARTE Y JUAN BOSCH – POR SIEMPRE"®
| Página siguiente |