Historia de la energía

En la historia de la física , la historia de la energía examina el desarrollo gradual de la energía como un concepto científico central. La mecánica clásica fue entendida inicialmente a través del estudio del movimiento y la fuerza por pensadores como Galileo Galilei e Isaac Newton , la importancia del concepto de energía se hizo evidente en el siglo XIX con los principios de la termodinámica , particularmente la conservación de la energía que estableció que la energía no puede crearse ni destruirse, solo transformarse. En el siglo XX, la equivalencia masa-energía de Albert Einstein amplió esta comprensión al vincular la masa y la energía, y la mecánica cuántica introdujo niveles de energía cuantizados. Hoy en día, la energía se reconoce como una cantidad conservada fundamental en todos los dominios de la física, subyacente tanto a los fenómenos clásicos como a los cuánticos.

La palabra energía deriva de la palabra griega "energeia" ( griego : ἐνέργεια ) que significa actualidad, que aparece por primera vez en el siglo IV a. C. en varias obras de Aristóteles ^[1] cuando se habla de potencialidad y actualidad, incluyendo Física , Metafísica , Ética a Nicómaco ^[2] y Sobre el alma .

El concepto moderno de energía cinética surgió de la idea de vis viva (fuerza viva), que Gottfried Wilhelm Leibniz definió durante el período 1676-1689 como el producto de la masa de un objeto por su velocidad al cuadrado; creía que la vis viva total se conservaba. ^{[ cita requerida ]} Para explicar la desaceleración debida a la fricción, Leibniz afirmó que el calor consistía en el movimiento aleatorio de las partes constituyentes de la materia, una visión descrita por Francis Bacon en Novum Organon para ilustrar el razonamiento inductivo y compartida por Isaac Newton , aunque pasaría más de un siglo hasta que esto fuera generalmente aceptado.

Émilie du Châtelet en su libro Institutions de Physique ("Lecciones de física"), publicado en 1740, incorporó la idea de Leibniz con observaciones prácticas de Gravesande de Willem para demostrar que la "cantidad de movimiento" de un objeto en movimiento es proporcional a su masa y su velocidad al cuadrado (no a la velocidad en sí misma como enseñó Newton, lo que más tarde se llamó momento ).

En las conferencias de 1802 en la Royal Society, Thomas Young fue el primero en utilizar el término energía para referirse a la energía cinética en su sentido moderno, en lugar de vis viva . ^[3] En la publicación de esas conferencias de 1807, escribió:

El producto de la masa de un cuerpo por el cuadrado de su velocidad puede denominarse apropiadamente su energía. ^[4]

Gustave-Gaspard Coriolis describió la "energía cinética" en 1829 en su sentido moderno,

Durante algunos años se discutió si la energía era una sustancia (el calórico ) o simplemente una cantidad física. ^{[ cita requerida ]}

El desarrollo de las máquinas de vapor en el siglo XVIII requirió que los ingenieros desarrollaran conceptos y fórmulas que les permitieran describir las eficiencias mecánicas y térmicas de sus sistemas. Ingenieros como Sadi Carnot , físicos como James Prescott Joule , matemáticos como Émile Clapeyron y Hermann von Helmholtz y aficionados como Julius Robert von Mayer contribuyeron a la noción de que la capacidad de realizar ciertas tareas, llamadas trabajo, estaba relacionada de alguna manera con la cantidad de energía en el sistema. En la década de 1850, el profesor de filosofía natural de Glasgow William Thomson y su aliado en la ciencia de la ingeniería William Rankine comenzaron a reemplazar el antiguo lenguaje de la mecánica con términos como energía real , energía cinética y energía potencial . ^[5] En 1853, Rankine acuñó el término " energía potencial ".

William Thomson ( Lord Kelvin ) fusionó todas estas leyes en las leyes de la termodinámica , lo que ayudó al rápido desarrollo de explicaciones de los procesos químicos utilizando el concepto de energía por parte de Rudolf Clausius , Josiah Willard Gibbs y Walther Nernst . También condujo a una formulación matemática del concepto de entropía por parte de Clausius y a la introducción de las leyes de la energía radiante por parte de Jožef Stefan . Rankine acuñó el término energía potencial . ^[5] En 1881, William Thomson declaró ante una audiencia que: ^[6]

El mismo nombre energía , aunque fue utilizado por primera vez en su sentido actual por el Dr. Thomas Young a principios de este siglo, sólo comenzó a usarse prácticamente después de que la doctrina que lo define... se hubiera elevado de mera fórmula de dinámica matemática a la posición que ahora ocupa de un principio que impregna toda la naturaleza y guía al investigador en el campo de la ciencia.

Durante los siguientes treinta años aproximadamente, esta ciencia en desarrollo recibió diversos nombres, como teoría dinámica del calor o energética , pero después de la década de 1920 llegó a conocerse generalmente como termodinámica , la ciencia de las transformaciones de la energía.

En 1918 Emmy Noether demostró que la ley de conservación de la energía es la consecuencia matemática directa de la simetría de traslación temporal . ^{[ cita requerida ]} Es decir, según el teorema de Noether que relaciona las simetrías y la cantidad conservada , la energía se conserva porque las leyes de la física no distinguen entre diferentes momentos del tiempo.

Durante una conferencia de 1961 ^[7] para estudiantes universitarios en el Instituto de Tecnología de California , Richard Feynman , un célebre profesor de física y premio Nobel , dijo lo siguiente sobre el concepto de energía:

Existe un hecho, o si se prefiere, una ley que rige los fenómenos naturales conocidos hasta la fecha. No se conoce ninguna excepción a esta ley; es exacta hasta donde sabemos. La ley se llama conservación de la energía ; establece que hay una cierta cantidad, que llamamos energía, que no cambia con los múltiples cambios que experimenta la naturaleza. Esa es una idea sumamente abstracta, porque es un principio matemático; dice que hay una cantidad numérica que no cambia cuando algo sucede. No es una descripción de un mecanismo ni de nada concreto; es simplemente un hecho extraño que podemos calcular un número y, cuando terminamos de observar a la naturaleza hacer sus trucos y calcular el número nuevamente, es el mismo.

—  Las conferencias Feynman sobre física

• Cronología de la termodinámica
• Historia de la física
• Historia del principio de conservación de la energía
• Historia de la termodinámica
• Una guía para el conocimiento científico de cosas familiares , un libro de Ebenezer Cobham Brewer, publicado alrededor de 1840, que presenta explicaciones para fenómenos comunes.
• Teoría calórica

• Hecht, Eugene. "Una explicación histórico-crítica de la energía potencial: ¿es realmente real la energía potencial?", The Physics Teacher 41 (noviembre de 2003): 486-93.
• Hughes, Thomas. Redes de energía. La electrificación en la sociedad occidental, 1880-1930 (Johns Hopkins University, 1983).
• Martinás, Katalin. "Termodinámica aristotélica", Termodinámica: historia y filosofía: hechos, tendencias, debates (Veszprém, Hungría, 23-28 de julio de 1990), 285-303.
• Mendoza, E. "Un esbozo para una historia de la termodinámica temprana". Physics Today 14.2 (1961): 32–42.
• Müller, Ingo. Una historia de la termodinámica (Berlín: Springer, 2007)
• Graf, Rüdiger. "Historia de la energía e historias de la energía", Docupedia-Zeitgeschichte (agosto de 2023).

• Revista de Historia de la Energía / Revue d'histoire de l'énergie (JEHRHE)
• Cronología de la historia de la energía para niños