La naturaleza se ha puesto el problema de cómo captar en vuelo la luz que se vierte hacia la Tierra y almacenar la más elusiva de todas las potencias en forma rígida. Las plantas toman una forma de potencia, la luz; y producen otra potencia, la diferencia química.
Julius Robert von Mayer fue un médico, químico y físico alemán y uno de los fundadores de la termodinámica. Es mejor conocido por enunciar en 1841 una de las declaraciones originales de la conservación de la energía o lo que ahora se conoce como una de las primeras versiones de la primera ley de la termodinámica, es decir, que "la energía no puede ser creada ni destruida". En 1842, Mayer describió el proceso químico vital ahora conocido como oxidación como la fuente primaria de energía para cualquier criatura viviente. Sus logros fueron pasados por alto y la prioridad por el descubrimiento del equivalente mecánico del calor fue atribuida a James Joule al año siguiente. También propuso que las plantas convierten la luz en energía química.
Vida temprana
Mayer nació el 25 de noviembre de 1814 en Heilbronn, Württemberg Baden-Württemberg, la Alemania moderna, hijo de un farmacéutico. Creció en Heilbronn. Después de completar su Abitur, estudió medicina en la Universidad de Tübingen, donde fue miembro del Corps Guestphalia, un Cuerpo Estudiantil Alemán. Durante 1838 obtuvo su doctorado así como aprobó el Staatsexamen. Después de una estancia en París 1839/40 se fue como médico de barco en un velero holandés de tres mástiles para un viaje a Jakarta.
Aunque apenas había tenido interés antes de este viaje en fenómenos físicos, su observación de que las olas azotadas por tormentas son más cálidas que el mar tranquilo lo hizo pensar en las leyes físicas, en particular sobre el fenómeno físico del calor y la pregunta de si el calor directamente desarrollado solo el calor de la combustión, o la suma de las cantidades de calor desarrolladas de formas directas e indirectas deben ser contabilizadas en el proceso de combustión. Después de su regreso en febrero de 1841, Mayer dedicó sus esfuerzos a resolver este problema.
En 1841 se estableció en Heilbronn y se casó.
Desarrollo de ideas
Incluso de niño, Mayer mostró un interés intenso en varios mecanismos mecánicos. Era un joven que realizaba varios experimentos de tipo físico y químico. De hecho, uno de sus pasatiempos favoritos era crear varios tipos de dispositivos eléctricos y bombas de aire. Fue obvio que era inteligente. Por lo tanto, Mayer asistió a la Universidad Eberhard-Karls en mayo de 1832. Estudió medicina durante su tiempo allí.
En 1837, él y algunos de sus amigos fueron arrestados por usar los colores de una organización prohibida. Las consecuencias de este arresto incluyeron la expulsión de un año de la universidad y un breve período de encarcelamiento. Esta desviación llevó a Mayer a viajar a Suiza, Francia y las Indias Orientales Holandesas. Mayer extrajo algún interés adicional en matemáticas e ingeniería de su amigo Carl Baur a través de tutorías privadas. En 1841, Mayer regresó a Heilbronn para practicar medicina, pero la física se convirtió en su nueva pasión.
En junio de 1841 completó su primer artículo científico titulado "Sobre la Determinación Cuantitativa y Cualitativa de Fuerzas". Fue ampliamente ignorado por otros profesionales del área. Luego, Mayer se interesó en el área del calor y su movimiento. Presentó un valor en términos numéricos para el equivalente mecánico del calor. También fue la primera persona en describir el proceso químico vital ahora conocido como oxidación como la fuente primaria de energía para cualquier criatura viviente.
En 1848 calculó que en ausencia de una fuente de energía el Sol se enfriaría en solo 5000 años, y sugirió que el impacto de meteoritos lo mantuvo caliente.
Como no fue tomado en serio en ese momento, sus logros fueron pasados por alto y el crédito fue dado a James Joule. Mayer casi se suicida después de descubrir este hecho. Pasó algún tiempo en instituciones mentales para recuperarse de esto y de la pérdida de algunos de sus hijos. Varios de sus artículos fueron publicados debido a la naturaleza avanzada de la física y la química. Recibió un doctorado honorario en 1859 por la facultad filosófica en la Universidad de Tübingen. Su trabajo pasado por alto fue revivido en 1862 por el colega físico John Tyndall en una conferencia en la Institución Real de Londres. En julio de 1867 Mayer publicó "Die Mechanik der Wärme". Esta publicación trataba sobre la mecánica del calor y su movimiento. El 5 de noviembre de 1867 Mayer fue otorgado nobleza personal por el Reino de Württemberg von Mayer que es el equivalente alemán de una orden de caballería británica. Julius Robert von Mayer murió en Alemania.
lo por calórico, Mayer fue la primera persona en enunciar la ley de la conservación de la energía, uno de los principios más fundamentales de la física moderna. La ley de la conservación de la energía establece que la energía mecánica total de un sistema permanece constante en cualquier sistema aislado de objetos que interactúan entre sí solo a través de fuerzas que son conservativas. El primer intento de Mayer de enunciar la conservación de la energía fue un artículo que envió al Annalen der Physik de Johann Christian Poggendorff, en el que postuló una conservación de la fuerza Erhaltungssatz der Kraft. Sin embargo, debido a la falta de capacitación avanzada de Mayer en física, contenía algunos errores fundamentales y no fue publicado. Mayer continuó persiguiendo la idea constantemente y argumentó con el profesor de física de Tübingen Johann Gottlieb Nörremberg, quien rechazó su hipótesis. Nörremberg, sin embargo, le dio a Mayer varias sugerencias valiosas sobre cómo la idea podría ser examinada experimentalmente; por ejemplo, si la energía cinética se transforma en energía térmica, el agua debería calentarse mediante vibración.
Mayer no solo realizó esta demostración, sino que también determinó el factor cuantitativo de la transformación, calculando el equivalente mecánico del calor. El resultado de sus investigaciones fue publicado en 1842 en la edición de mayo del Annalen der Chemie und Pharmacie de Justus von Liebig. Fue traducido como Observaciones sobre las Fuerzas de la Naturaleza Inorgánica. En su folleto Die organische Bewegung im Zusammenhang mit dem Stoffwechsel El Movimiento Orgánico en Conexión con el Metabolismo, 1845 especificó el valor numérico del equivalente mecánico del calor: primero como 365 kgf·m/kcal, luego como 425 kgf·m/kcal; los valores modernos son 4.184 kJ/kcal 426.6 kgf·m/kcal para la caloría termoquímica y 4.1868 kJ/kcal 426.9 kgf·m/kcal para la caloría internacional de la tabla de vapor.
Esta relación implica que, aunque el trabajo y el calor son formas diferentes de energía, pueden transformarse una en la otra. Esta ley se conoce ahora como la primera ley de la termodinámica, y condujo a la formulación del principio general de conservación de la energía, enunciado definitivamente por Hermann von Helmholtz en 1847.
Relación de Mayer
Mayer derivó una relación entre el calor específico a presión constante y el calor específico a volumen constante para un gas ideal. La relación es:
C P , m − C V , m = R ,
donde CP,m es el calor específico a presión constante, CV,m es el calor específico a volumen constante y R es la constante de gas.
Para sustancias homogéneas más generales, no solo gases ideales, la diferencia toma la forma,
ver relaciones entre capacidades de calor, donde C P es la compresibilidad isotérmica.
De esta relación, se pueden hacer varias inferencias:
- Dado que la compresibilidad isotérmica β T es una cantidad positiva o cero, el calor específico a presión constante es siempre mayor o igual al calor específico a volumen constante.
- Cuando la temperatura absoluta del sistema se aproxima a cero, la diferencia entre CP,m y CV,m también se aproxima a cero.
- Para sustancias incompresibles, CP,m y CV,m son idénticas. También para sustancias que son casi incompresibles, como sólidos y líquidos, la diferencia entre los dos calores específicos es insignificante.
Vida posterior
Mayer fue consciente de la importancia de su descubrimiento, pero su incapacidad para expresarse científicamente llevó a especulaciones degradantes y resistencia del establishment científico. Los físicos contemporáneos rechazaron su principio de conservación de la energía, e incluso físicos aclamados como Hermann von Helmholtz y James Prescott Joule vieron sus ideas con hostilidad. El primero dudaba de las calificaciones de Mayer en cuestiones físicas, y se desarrolló una disputa amarga sobre la prioridad con este último.
En 1848 dos de sus hijos murieron rápidamente en sucesión, y la salud mental de Mayer se deterioró. Intentó suicidarse el 18 de mayo de 1850 y fue internado en una institución mental. Después de ser liberado, era un hombre roto y solo tímidamente reingresó a la vida pública en 1860. Sin embargo, mientras tanto, su fama científica había crecido y recibió una apreciación tardía de su logro, aunque quizás en una etapa en la que ya no podía disfrutarlo.
Continuó trabajando vigorosamente como médico hasta su muerte.
Honores
- 1840 Julius von Mayer recibió la Cruz de Caballero de la Orden de la Corona de Württemberg.
- 1869 Mayer recibió el premio Poncelet.
- El Robert-Mayer-Gymnasium y el Robert-Mayer-Volks- und Schulsternwarte en Heilbronn llevan su nombre.
En Química, inventó el reactivo de Mayer que se utiliza para detectar alcaloides.
Obras
- Ueber das Santonin : eine Inaugural-Dissertation, welche zur Erlangung der Doctorwürde in der Medicin & Chirurgie unter dem Praesidium von Wilhelm Rapp im July 1838 der öffentlichen Prüfung vorlegt Julius Robert Mayer . M. Müller, Heilbronn 1838 Digital edition by the University and State Library Düsseldorf
