¿Quién conoce a Joseph Black?

Una de las ramas de la ciencia que quizá sea menos conocida por el público en general es la Termodinámica, aquella disciplina que estudia los distintos procesos y propiedades que tienen lugar en los cuerpos y en la materia desde el punto de vista calorífico o térmico. En sus inicios no pudo sino ser enfocada desde una observación empírica de aquello que ocurría entre los cuerpos, tratando de ofrecer una definición científica de los procesos observados; evidentemente, sin ninguna propuesta ni presupuesto de cual fuera la naturaleza de estos procesos, ni de la estructura de la materia desde un punto de vista microscópico. Esto se puede considerar un defecto o una virtud. El defecto tiene que ver con que, al trabajar siempre con variables macroscópicas, no podemos obtener de ella ninguna información a escala microscópica del sistema en cuestión, tanto en lo que se refiere a su estructura como a sus procesos internos. ¿Y la virtud? Pues que precisamente por eso posee un carácter muy práctico, en tanto que se pueden aplicar sus resultados a sistemas muy complejos cuyo análisis a nivel microscópico seguramente nos desviaría la atención y nos impediría alcanzar una lectura de conjunto. Como es fácil pensar, unos fenómenos (los macroscópicos) no están desvinculados de los otros (los microscópicos) sino que, en definitiva, aquéllos se deben a estos. Lo cierto es que esta vinculación no está obviada del todo por esta disciplina, aunque comenzó a estudiarse más tarde mediante la termodinámica estadística; pero, como digo, nada de esto hubo en sus inicios, más centrados en la observación externa de los fenómenos.

El siglo XIX fue una época dorada en la que se desarrollaron ampliamente las investigaciones en la termodinámica (junto con otras tantas disciplinas). Si bien era conocido desde siempre el trasvase de calor de un cuerpo caliente a otro frío, la explicación técnica de dicho proceso permanecía totalmente ignorada.

Durante el siglo XVIII prevaleció un primer esbozo de explicación ‘científica’, echando mano del concepto de calórico, un fluido imponderable que podía viajar de un cuerpo a otro, del caliente al frío, disminuyendo la temperatura del primero y elevando la del segundo. Tal concepto le corresponde a Joseph Black (1728-1799), la primera persona de la que se tiene constancia de que hablase del calor como una entidad física que se puede medir. Black realizó algunas aportaciones interesantes. Por ejemplo, estableció la unidad de medida del calórico, que definió como la cantidad necesaria para elevar un grado Fahrenheit una libra de agua; criterio análogo al que se emplea hoy en día para definir la caloría, a saber: la cantidad de calor necesaria para elevar la temperatura de un gramo de agua en un grado centígrado. También se dio cuenta de que la capacidad para almacenar calor dependía del tipo de cuerpo, en el sentido de que una misma cantidad de materias diversas almacenaban distinta cantidad de calórico; fue así como definió el calor específico para las respectivas materias, como la cantidad de calor necesaria para elevar un grado su temperatura. Y, a su vez, se dio cuenta de que, dada una misma temperatura, hacía falta aportar una cantidad de calor para el cambio de fase de la materia, aunque en ese cambio de fase no subiese la temperatura (por ejemplo, el paso de agua helada a líquida, o de líquida a la gaseosa); denominó a este hecho calor latente.

A pesar del indudable interés de sus aportaciones, pronto se cuestionó el concepto de calórico como responsable de los procesos termodinámicos, para asociarlos a modificaciones energéticas. Los procesos termodinámicos no se debían a una sustancia especial, a un fluido imponderable (tan recurrido por los científicos de entonces, ya hablamos de ello aquí), sino que, en el fondo, eran el resultado de procesos de energías y trabajos. Esto lo hizo un soldado, Benjamin Thompson, observando el calentamiento de los cañones durante su fabricación, lo cual ocurría con frecuencia sin ninguna fuente de calor próxima.