(1791-1867)
En 1800, Alessandro Volta inventó la pila eléctrica (conocida como pila voltaica) y mejoró así la forma de estudiar también las corrientes eléctricas. Un año más tarde, Thomas Young demostró la naturaleza ondulatoria de la luz -que recibió un fuerte apoyo experimental de los trabajos de Augustin-Jean Fresnel- y el principio de interferencia. En 1813, Peter Ewart apoyó la idea de la conservación de la energía en su trabajo On the measure of moving force. En 1820, Hans Christian Ørsted descubrió que un conductor portador de corriente da lugar a una fuerza magnética que lo rodea, y una semana después de que el descubrimiento de Ørsted llegara a Francia, André-Marie Ampère descubrió que dos corrientes eléctricas paralelas ejercen fuerzas entre sí. En 1821, William Hamilton comenzó su análisis de la función característica de Hamilton. En 1821, Michael Faraday construyó un motor que funcionaba con electricidad, mientras que Georg Ohm enunció su ley de la resistencia eléctrica en 1826, expresando la relación entre la tensión, la corriente y la resistencia en un circuito eléctrico. Un año más tarde, el botánico Robert Brown descubrió el movimiento browniano: los granos de polen en el agua sufren un movimiento resultante de su bombardeo por los átomos o moléculas del líquido que se mueven rápidamente. En 1829, Gaspard Coriolis introdujo los términos de trabajo (fuerza por distancia) y energía cinética con el significado que tienen en la actualidad.
En 1831, Faraday (e independientemente Joseph Henry) descubrió el efecto inverso, la producción de un potencial o corriente eléctrica a través del magnetismo -conocido como inducción electromagnética; estos dos descubrimientos son la base del motor eléctrico y del generador eléctrico, respectivamente. En 1834, Carl Jacobi descubrió sus elipsoides autogravitatorios de rotación uniforme (el elipsoide de Jacobi). En 1834, John Russell observó una onda de agua solitaria (solitón) en el Canal de la Unión, cerca de Edimburgo, y utilizó un tanque de agua para estudiar la dependencia de las velocidades de las ondas de agua solitarias de la amplitud de la onda y la profundidad del agua. En 1835, William Hamilton enunció las ecuaciones canónicas del movimiento de Hamilton. Ese mismo año, Gaspard Coriolis examinó teóricamente la eficacia mecánica de las ruedas hidráulicas y dedujo el efecto Coriolis. En 1841, Julius Robert von Mayer, un científico aficionado, escribió un artículo sobre la conservación de la energía, pero su falta de formación académica hizo que fuera rechazado. En 1842, Christian Doppler propone el efecto Doppler. En 1847, Hermann von Helmholtz enuncia formalmente la ley de conservación de la energía. En 1851, Léon Foucault demostró la rotación de la Tierra con un enorme péndulo (péndulo de Foucault).
En la primera mitad del siglo se produjeron importantes avances en la mecánica del continuo, concretamente la formulación de las leyes de la elasticidad para los sólidos y el descubrimiento de las ecuaciones de Navier-Stokes para los fluidos.
Leyes de la termodinámicaEditar
(1824-1907)
En el siglo XIX, la conexión entre el calor y la energía mecánica fue establecida cuantitativamente por Julius Robert von Mayer y James Prescott Joule, quienes midieron el equivalente mecánico del calor en la década de 1840. En 1849, Joule publicó los resultados de su serie de experimentos (incluido el experimento de la rueda de paletas) que demuestran que el calor es una forma de energía, hecho que se aceptó en la década de 1850. La relación entre el calor y la energía fue importante para el desarrollo de las máquinas de vapor, y en 1824 se publicó el trabajo experimental y teórico de Sadi Carnot. Carnot recogió algunas de las ideas de la termodinámica en su discusión sobre la eficiencia de un motor idealizado. El trabajo de Sadi Carnot sirvió de base para la formulación de la primera ley de la termodinámica -una reformulación de la ley de conservación de la energía- que fue enunciada hacia 1850 por William Thomson, más tarde conocido como Lord Kelvin, y Rudolf Clausius. Lord Kelvin, que había extendido el concepto de cero absoluto de los gases a todas las sustancias en 1848, se basó en la teoría de la ingeniería de Lazare Carnot, Sadi Carnot y Émile Clapeyron -así como en la experimentación de James Prescott Joule sobre la intercambiabilidad de las formas de trabajo mecánicas, químicas, térmicas y eléctricas- para formular la primera ley.
Kelvin y Clausius también enunciaron la segunda ley de la termodinámica, que se formuló originalmente en términos de que el calor no fluye espontáneamente de un cuerpo más frío a otro más caliente. Otras formulaciones siguieron rápidamente (por ejemplo, la segunda ley se expuso en la influyente obra de Thomson y Peter Guthrie Tait, Treatise on Natural Philosophy) y Kelvin, en particular, comprendió algunas de las implicaciones generales de la ley. La segunda ley era la idea de que los gases están formados por moléculas en movimiento había sido discutida con cierto detalle por Daniel Bernoulli en 1738, pero había caído en desgracia, y fue recuperada por Clausius en 1857. En 1850, Hippolyte Fizeau y Léon Foucault midieron la velocidad de la luz en el agua y descubrieron que era más lenta que en el aire, en apoyo del modelo ondulatorio de la luz. En 1852, Joule y Thomson demuestran que un gas que se expande rápidamente se enfría, lo que posteriormente se denominó efecto Joule-Thomson o efecto Joule-Kelvin. Hermann von Helmholtz propone la idea de la muerte por calor del universo en 1854, el mismo año en que Clausius estableció la importancia de dQ/T (teorema de Clausius) (aunque todavía no dio nombre a la cantidad).
James Clerk MaxwellEditar
(1831-1879)
En 1859, James Clerk Maxwell descubrió la ley de distribución de las velocidades moleculares. Maxwell demostró que los campos eléctricos y magnéticos se propagan hacia el exterior desde su fuente a una velocidad igual a la de la luz y que la luz es uno de los varios tipos de radiación electromagnética, que sólo se diferencian de los demás por la frecuencia y la longitud de onda. En 1859, Maxwell elaboró las matemáticas de la distribución de las velocidades de las moléculas de un gas. La teoría ondulatoria de la luz estaba ampliamente aceptada en la época de los trabajos de Maxwell sobre el campo electromagnético, y posteriormente el estudio de la luz y el de la electricidad y el magnetismo estaban estrechamente relacionados. En 1864 James Maxwell publicó sus trabajos sobre una teoría dinámica del campo electromagnético, y afirmó que la luz es un fenómeno electromagnético en la publicación de 1873 del Tratado de Maxwell sobre Electricidad y Magnetismo. Esta obra se basó en los trabajos teóricos de teóricos alemanes como Carl Friedrich Gauss y Wilhelm Weber. La encapsulación del calor en el movimiento de las partículas y la adición de las fuerzas electromagnéticas a la dinámica newtoniana establecieron una base teórica enormemente sólida para las observaciones físicas.
La predicción de que la luz representaba una transmisión de energía en forma de onda a través de un «éter luminífero», y la aparente confirmación de esa predicción con la detección de la radiación electromagnética por parte de Heinrich Hertz, estudiante de Helmholtz, en 1888, fue un gran triunfo para la teoría física y planteó la posibilidad de que pronto se desarrollaran teorías aún más fundamentales basadas en el campo. La confirmación experimental de la teoría de Maxwell fue proporcionada por Hertz, que generó y detectó ondas eléctricas en 1886 y verificó sus propiedades, al tiempo que presagiaba su aplicación en la radio, la televisión y otros dispositivos. En 1887, Heinrich Hertz descubrió el efecto fotoeléctrico. Poco después comenzaron las investigaciones sobre las ondas electromagnéticas, y muchos científicos e inventores realizaron experimentos sobre sus propiedades. A mediados y finales de la década de 1890, Guglielmo Marconi desarrolló un sistema de telegrafía sin hilos basado en las ondas de radio (véase invención de la radio).
La teoría atómica de la materia había sido propuesta de nuevo a principios del siglo XIX por el químico John Dalton y se convirtió en una de las hipótesis de la teoría cinético-molecular de los gases desarrollada por Clausius y James Clerk Maxwell para explicar las leyes de la termodinámica. La teoría cinética condujo a su vez a la mecánica estadística de Ludwig Boltzmann (1844-1906) y Josiah Willard Gibbs (1839-1903), que sostenía que la energía (incluido el calor) era una medida de la velocidad de las partículas. Interrelacionando la probabilidad estadística de ciertos estados de organización de esas partículas con la energía de esos estados, Clausius reinterpretó la disipación de energía como la tendencia estadística de las configuraciones moleculares a pasar hacia estados cada vez más probables y desorganizados (acuñando el término «entropía» para describir la desorganización de un estado). La interpretación estadística frente a la absoluta de la segunda ley de la termodinámica estableció una disputa que duraría varias décadas (produciendo argumentos como el «demonio de Maxwell»), y que no se consideraría definitivamente resuelta hasta que el comportamiento de los átomos quedó firmemente establecido a principios del siglo XX. En 1902, James Jeans encontró la escala de longitud necesaria para que las perturbaciones gravitatorias crezcan en un medio estático casi homogéneo.