Rudolf Clausius

Rudolf Julius Emmanuel Clausius^[1] (Koszalin, Prusia, 2 de enero de 1822- Bonn, 24 de agosto de 1888), fue un físico y matemático alemán, considerado uno de los fundadores centrales de la ciencia de la termodinámica.^[2] En su nueva formulación del principio de Sadi Carnot, conocido como ciclo de Carnot, además propuso la teoría del calor sobre una base más sólida y más verdadera. En su trabajo más importante sobre la teoría mecánica del calor, publicado en 1850, estableció por primera vez las ideas básicas de la segunda ley de la termodinámica. En 1865 introdujo el concepto de entropía.

Rudolf Julius Emmanuel Clausius
Información personal
Nombre de nacimiento	Rudolf Gottlieb
Nombre en alemán	Rudolf Julius Emanuel Clausius
Nacimiento	2 de enero de 1822 Koszalin (Reino de Prusia)
Fallecimiento	24 de agosto de 1888 (66 años) Bonn (Imperio alemán)
Sepultura	Antiguo cementerio de Bonn
Nacionalidad	Alemana
Familia
Cónyuge	Adelheid Rimpau Sophie Sack
Educación
Educación	doctor en Filosofía y doctor honoris causa
Educado en	Universidad de Halle-Wittenberg Universidad Humboldt de Berlín (desde 1840)
Supervisor doctoral	Johann Schweigger
Alumno de	Johann Schweigger
Información profesional
Área	Física
Empleador	Universidad de Zúrich Escuela Politécnica Federal de Zúrich (desde 1855) Universidad de Wurzburgo (desde 1867) Universidad de Bonn (desde 1869)
Estudiantes doctorales	Carl von Linde
Conflictos	Guerra franco-prusiana
Miembro de	Real Academia de las Ciencias de Suecia Academia de Ciencias de Hungría Real Academia de Artes y Ciencias de los Países Bajos Academia Prusiana de las Ciencias Academia de Ciencias de Gotinga (desde 1866) Royal Society (desde 1868) Academia de Ciencias de Baviera (desde 1871) Academia Estadounidense de las Artes y las Ciencias (desde 1873) Academia Alemana de las Ciencias Naturales Leopoldina (desde 1880) Academia Nacional de los Linces (desde 1880) Academia de Ciencias de Turín (desde 1882) Academia Nacional de Ciencias de los Estados Unidos (desde 1883) Sociedad Real de Edimburgo (desde 1888)
Distinciones	Orden del Mérito de las Ciencias y las Artes Miembro extranjero de la Royal Society (1868) Cruz de Hierro (1871) Medalla Copley (1879) Premio Poncelet (1882) Orden bávara de Maximiliano para la Ciencia y las Artes (1885)
Firma
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Vida

En 1870 Clausius organizó un cuerpo de ambulancias en la Guerra Franco-prusiana. Fue herido en batalla, dejándolo con una discapacidad permanente. Fue galardonado con la Cruz de Hierro por sus servicios.

Su esposa, Adelheid Rimpham, murió al dar a luz en 1875, dejándolo viudo con seis hijos. Continuó enseñando, pero tuvo menos tiempo para la investigación a partir de entonces. En 1886 se casó con Sophie Stack, con quien tuvo otro hijo. Dos años más tarde, el 24 de agosto de 1888, murió en Bonn, Alemania.

Trabajo

La tesis de Clausius sobre la refracción de la luz propuso que vemos un cielo azul durante el día, y varios tonos de rojo al amanecer y al atardecer (entre otros fenómenos), debido a la reflexión y refracción de la luz. Más tarde, Lord Rayleigh demostraría que se trataba en realidad debido a la dispersión de la luz. Sin embargo, Clausius utiliza un enfoque mucho más matemático que sus predecesores.

Su artículo más famoso, «Über die bewegende Kraft der Wärme» («Sobre la fuerza motriz del calor y las Leyes del calor que pueden ser deducidas»)^[3] se publicó en 1850 y se refería a la teoría mecánica del calor. En este trabajo, demostró que existía una contradicción entre el principio de Carnot y el concepto de conservación de la energía. Clausius reiteró las dos leyes de la termodinámica para superar esta contradicción (la tercera ley de la termodinámica fue desarrollada por Walther Nernst entre los años 1906 y 1912). Este trabajo lo hizo famoso entre los científicos.

Clausius hizo una importante contribución en 1857 al campo de la teoría cinética redefiniendo el modelo cinético de los gases de August Krönig, mucho más simple, para incluir los movimientos de traslación, rotación y vibración de las moléculas. En este mismo trabajo introdujo el concepto de recorrido libre medio de una partícula.^[4][5][6]

Clasius deduce la Relación de Clausius-Clapeyron de termodinámica. Esta relación, que es una manera de caracterizar la transición de fase entre dos estados de la materia, tales como sólido y líquido, había sido desarrollada originalmente en 1834 por Émile Clapeyron.

Tres años antes de su muerte, Clasius escribe un pequeño opúsculo, titulado «Sobre los recursos energéticos de la naturaleza y su utilización para el bien de la humanidad», en el que advierte de que el futuro de la humanidad depende de ser capaces de alimentar nuestras industrias y máquinas con el solo concurso de energías renovables, en definitiva, de energía solar, ya sea en forma directa o indirecta. Como él mismo enfatiza «No se trata aquí en absoluto de sopesar probabilidades, sino de que puede distinguirse con total certidumbre lo posible de lo imposible. Cualquier obtención de energía sin un gasto correspondiente de energía es absolutamente imposible.» Clausius es quizás uno de los primeros militantes ecologistas, por así decir. En todo caso, describió las consecuencias de las leyes de la termodinámica para la formulación de una teoría económica coherente con ellas, lo que daría lugar en el siglo XX a la creación de la economía ecológica.^[7]

Entropía

Artículo principal: Historia de la entropía

En 1865, Clausius acuñó el término entropía (del griego ἐντροπή [entropḗ] «cambio», «giro») y dio una versión matemática del concepto.^[8][9]

1 Cl = 1 cal/°C = 4,1868 julios por kelvin (J/K)

Ecuación de estado

En 1880 propuso una modificación a la ecuación cúbica de Van der Waals, formulada en 1873, y predecesoras de las más populares R-K (1949), R-K-S (1972), P-R (1976)...^[10][11] Tiene la forma:^[12])

${\displaystyle \left[p+{\frac {a}{T(v+c)^{2}}}\right](v-b)=RT.}$

donde:

${\displaystyle p}$ es la presión, ${\displaystyle T}$ temperatura absoluta, ${\displaystyle v}$ volumen molar, y ${\displaystyle R}$ la constante molar del gas .

a, b y c: Parámetros característicos de cada sustancia, relacionados con sus respectivas constantes críticas.

En el punto crítico se debe verificar la anulación de la primera y segunda derivada de la presión frente al volumen.

${\displaystyle \left.{\frac {\partial p}{\partial v}}\right|_{T=T_{c}}=0}$, and ${\displaystyle \left.{\frac {\partial ^{2}p}{\partial v^{2}}}\right|_{T=T_{c}}=0}$,

Llamando ${\displaystyle T_{c}}$ a la temperatura crítica, ${\displaystyle P_{c}}$ presión crítica, y ${\displaystyle v_{c}}$ el volumen molar en el punto crítico.

Lo que conduce a:

${\displaystyle a={\frac {27R^{2}T_{c}^{3}}{64P_{c}}}}$

${\displaystyle b=v_{c}-{\frac {RT_{c}}{4P_{c}}}}$

${\displaystyle c={\frac {3RT_{c}}{8P_{c}}}-v_{c}}$

Homenajes

• Fue elegido miembro de la Real Sociedad de Londres en 1868 y recibió su Medalla Copley en el año 1879.
• Fue elegido miembro de la Real Academia Sueca de las Ciencias en el año 1878. Recibió la Medalla Huygens en 1870. * Recibió el Premio Poncelet en el año 1883.
• Recibió un doctorado honorífico de la Universidad de Würzburg en el año 1882.
• El cráter lunar Clausius fue nombrado en su honor.

Referencias

1. Atkins, P. W. (1984). The Second Law (en inglés). Nueva York: Scientific American Library. ISBN 0-7167-5004-X.
2. Cardwell, D.S.L. (1971). From Watt to Clausius: the rise of Thermodynamics in the Early Industrial Age (en inglés). Londres: Heinemann. ISBN 0-435-54150-1.
3. Clausius, R. (1850). «Über die bewegende Kraft der Wärme». Annalen der Physik 79: 368-397, 500-524.
4. Clausius, R. (1857), «Über die Art der Bewegung, die wir Wärme nennen», Annalen der Physik 100: 353-379.
5. Clausius, R. (1862), «Über die Wärmeleitung gasförmiger Körper», Annalen der Physik 115: 1-57.
6. Clausius, R. (1864), Abhandlungen über die Mechanische Wärmetheorie. Electronic manuscript from the Bibliothèque nationale de France.
7. Clausius, R. (1885), Über die Energievorräte der Natur und ihre Verwertung zum Nutzen der Menschheit, Bonn: Verlag von Max Cohen & Sohn.
8. Clausius, R. (1865). «[http://gallica.bnf.fr/ark:/12148/bpt6k152107/f369.table Über die Wärmeleitung gasförmiger Körper]». Annalen der Physik 125: 353-400.
9. Clausius, R. (1865). The Mechanical Theory of Heat – with its Applications to the Steam Engine and to Physical Properties of Bodies. London: John van Voorst, 1 Paternoster Row. MDCCCLXVII.
10. R. Clausius "Über das Verhalten der Kohlensäure in Bezug auf Druck, Volumen und Temperatur", Annalen der Physik und Chemie 9 pp. 337-357 (1880)
11. R. Clausius "Ueber die theoretische Bestimmung des Dampfdruckes und der Volumina des Dampfes und der Flüssigkeit", Annalen der Physik und Chemie 14 pp. 279-290 (1881)
12. E. Sarrau "Sur la compressibilité des fluides", Comptes Rendus des Séances de l'Académie des Sciences. Paris 101 pp. 941-944 (1885)

Bibliografía

• Nemst, Walther (1922). Rudolf Clausius, geb. 2. Januar 1822, gest. 24. August 1888, 1869 - 1888 Professor der Physik an der Universität Bonn. Bonn: Gedenkfeiern der Universität Bonn für einstige Mitglieder, 3. (en alemán)

Enlaces externos

• O'Connor, John J.; Robertson, Edmund F., «Rudolf Clausius» (en inglés), MacTutor History of Mathematics archive, Universidad de Saint Andrews, https://mathshistory.st-andrews.ac.uk/Biographies/Clausius/.
• Wikimedia Commons alberga una categoría multimedia sobre Rudolf Clausius.
• Bibliografía relacionada con Rudolf Clausius en el catálogo de la Biblioteca Nacional de Alemania.
• Artikel von/über Rudolf Clausius Archivado el 2 de enero de 2014 en Wayback Machine. im Polytechnischen Journal

• Datos: Q30693
• Multimedia: Rudolf Clausius / Q30693