Rudolf Clausius: biografía y aportes de este físico y matemático alemán

Considerado como uno de los padres fundadores de la termodinámica, Rudolf Clausius es uno de los personajes más destacados no solo de la física alemana del siglo XIX, sino también de la ciencia europea de su siglo.

Muy habilidoso tanto en física como en matemáticas, fue un ejemplo a seguir por otros científicos como el escocés James Maxwell, uno de los estudiosos de la teoría electromagnética.

A continuación encontrarás una biografía de Rudolf Clausius en la que veremos cuáles fueron sus principales aportes al campo de la física.

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Breve biografía de Rudolf Clausius

Rudolf Clausius fue un físico y matemático alemán conocido por ser uno de los fundadores de la termodinámica, siendo él quien formuló la segunda de las leyes que componen estos principios. Él, junto con otros personajes ilustres de la talla de los físicos británicos William Thomson, lord Kelvin y James Joule desarrollaron estas leyes de la física, siendo el físico francés Nicolas Léonard Sadi Carnot a quien se le atribuye haber planteado la primera de las leyes de la termodinámica.

Los estudios más relevantes de Rudolf Clausius versaron sobre el efecto del calor en diferentes fluidos y materiales, planteando la teoría cinética sobre el comportamiento de átomos y moléculas.

Nacimiento y primeros años

Rudolph Julius Emmanuel Clausius nació el 2 de enero de 1822 en Köslin, Prusia, actual Koszalin, Polonia. Su padre era protestante y tenía a su cargo una pequeña escuela en donde el joven Rudolf Clausius asistiría durante sus primeros años de formación.

Más tarde ingresó en el gymnasium (liceo alemán) de la ciudad de Stettin, actual Szczecin en Polonia, donde continuaría su educación.

Formación universitaria

En el año 1840 ingresó en la Universidad de Berlín. Allí comenzó a asistir a clases de historia, pero pronto cambió esa materia por las ciencias y tuvo como maestros al físico Georg Simon Ohm y al matemático Richard Dedekind.

Estudiando matemáticas y física, Clausius descubrió que eran ramas del conocimiento que se les daba especialmente bien, haciéndolas definitivamente su profesión al terminar de estudiar en Berlín en 1844.

Posteriormente Clausius estudió en la Universidad de Halle, obteniendo ahí un doctorado en física en 1847 gracias a su trabajo sobre los efectos ópticos que se producen en el planeta Tierra como consecuencia de la existencia de la atmósfera. Si bien este trabajo presentaba algunos errores en cuanto al enfoque, sirvió a Clausius para demostrar que poseía grandes dotes para las matemáticas y la física, haciéndose un renombre entre la comunidad científica alemana.

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Primeras investigaciones científicas

Las primeras andaduras experimentales de Rudolf Clausius comenzaron en 1849 con el estudio de las leyes que rigen las relaciones entre la presión y la temperatura. Posteriormente se dedicaría al estudio de diferentes sustancias y a qué temperatura tardan en hervir, trazando las primeras curvas de ebullición.

Su vida empezaría a tomar especial relevancia en el ámbito científico de su país a partir de 1850, cuando obtuvo una plaza como profesor de física en la Real Escuela de Ingeniería y Artillería de Berlín, donde permanecería hasta 1855. Además de este cargo, Rudolf Clausius también ejerció en la Universidad de Berlín como privatdozent, un profesor que podía dar clases en la universidad pero que sus honorarios eran costeados directamente por sus alumnos en vez de por la institución.

Lo más destacable de este período de la vida de Rudolf Clausius fue la publicación en 1850 del que sería su trabajo más importante: "Sobre las fuerzas del movimiento provocado por el calor".

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Desarrollando la teoría cinética

En 1855 Clausius se fue de Alemania y obtuvo un cargo de profesor en el Instituto Federal Suizo de Tecnología, en Zúrich. Dos años más tarde se centró en estudiar en el campo de la teoría cinética, experimentado en esta época con el concepto del “libre recorrido medio de una partícula”, un término que hace referencia a la distancia que hay entre dos encuentros, uno tras otro, de las moléculas que conforman un gas. Esta contribución de Clausius sería muy relevante para el campo de la física de su tiempo.

Rudolf Clausius permanecería en el Instituto Federal Suizo de Tecnología por varios años, lugar donde impartiría clases de física. Cambiaría de lugar en 1867, mudándose a Wurzburgo, donde ejercería también como profesor hasta 1869 y obteniendo una membresía en la Real Sociedad de Londres en 1868, pues su fama y sus investigaciones ya eran conocidas a nivel europeo. Iría a parar a la Universidad de Bonn a impartir clases de física, institución en la que trabajaría el resto de su vida.

Precisamente trabajando en Bonn cuando, a la edad de 50 años, estalló la Guerra Franco-Prusiana (1870-1871). Durante el conflicto organizó, junto con varios de sus estudiantes, un cuerpo de ambulancia voluntario. Como consecuencia de su implicación en la guerra, Clausius sufrió una herida en la pierna, que le provocó grandes molestias el resto de su vida. No obstante, la lesión le supuso el reconocimiento de la sociedad alemana y, gracias a su heroica acción, Rudolf Clausius recibió la Cruz de Hierro.

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Últimos años y muerte

Durante sus últimos años de vida Rudolf Clausius se dedicó a sus hijos y dejó un poco de lado la investigación. Además, con la herida de guerra sufrida durante la guerra no podía moverse con facilidad, haciendo que prefiriera permanecer en Bonn en vez de viajar tanto como lo había hecho en juventud. No obstante, Clausius continuó enseñando en la Universidad de Bonn hasta su fallecimiento.

Rudolf Clausius murió el 24 de agosto de 1888 en Bonn, Alemania, a la edad 66 años. Su primera esposa, Adelheid Rimpau, había fallecido en 1875, dejándole al cuidado de sus seis hijos, y Clausius se volvió a casar en 1886, esta vez con Sophie Stack con quien tuvo un hijo.

Reconocimientos a este físico y matemático

En 1870 Rudolf Clausius obtuvo la Medalla Huygens y, en 1879, recibió la Medalla Copley, reconocimiento entregado por la Real Sociedad de Londres a quienes han hecho aportes importantes en el ámbito de la biología o la física.

En el año 1878 fue nombrado miembro de la Real Academia Sueca de las Ciencias y, en 1882, se le otorgó un doctorado honorífico por parte de la Universidad de Wurzburgo. En 1883 recibió el premio Poncelet, concedido por la Academia de las Ciencias de Francia a todos los científicos que han realizado contribuciones trascendentes en las ciencias en general. Rudolf Clausius ha seguido recibiendo honores mucho tiempo después de su muerte. En el año 1935 se nombró a un cráter de la Luna con su apellido: el cráter Clausius.

Aportaciones científicas de Rudolf Clausius

Son varios los aportes que hizo Rudolf Clausius a la física. A continuación veremos cuáles son los aspectos más destacables de sus descubrimientos y teorías.

Teoría cinética de los gases

En el año 1857 publicó la primera teoría completa sobre la teoría cinética de la materia. Para ello se valió de la mecánica estadística, estableciendo una modelo ideal para la estructura de los gases. Aplicando leyes propias de la mecánica, Clausius dedujo el comportamiento externo o macroscópico de estos gases a partir de hipótesis sobre el comportamiento estadístico de las moléculas de estos fluidos.

Dedujo que, debido a que las colisiones moleculares se producen entre moléculas en movimiento y con elasticidad, en cada instante habrá en el interior del gas moléculas moviéndose en todas las direcciones y a todas las velocidades posibles. La energía total de traslación de estas moléculas da la medida del contenido calórico del gas, y su energía cinética depende directamente de a qué temperatura se encuentre el gas.

Se considera que los trabajos de Clausius sobre las moléculas individuales de los gases fueron cruciales para la concepción de la teoría cinética de los gases. La teoría cinética fue desarrollada en su origen por James Maxwell en 1859, pero basándose muy notoriamente en el trabajo de Rudolf Clausius. Curiosamente, esta misma teoría fue criticada por Clausius, algo que le sirvió a Maxwell para actualizar su teoría cinética en 1867.

Otro de los aportes de Clausius en este campo fue desarrollar un criterio para diferenciar entre átomos y moléculas. Según él, las moléculas de gas eran cuerpos complejos, con partes constituyentes que se mueven. Hoy en día, la idea de molécula es de una partícula compuesta por otros átomos, algo muy común en gases como el oxígeno, el nitrógeno o el hidrógeno y, también, otras sustancias como el agua o el ozono.

Segunda ley de la termodinámica

Junto con otros grandes científicos de su época, Rudolf Clausius es considerado uno de los padres fundadores de la termodinámica. A él se le atribuye la proposición de la segunda ley de estos principios que dice que el calor no puede pasar nunca por sí mismo de un cuerpo más frío a otro más caliente.

Este principio, llamado también principio de la entropía, concepto que él mismo introdujo y definió en 1865, afirma que, en la práctica, la técnica del proceso de paso del calor de un cuerpo a una temperatura superior a otro que lo está a más baja no puede realizarse de manera inversa sin que se den modificaciones permanentes en el entorno.

Una de las deducciones de este principio es que la energía liberada cuando la temperatura desciende de un valor Ta a otro Tb es que no se transforma completamente en energía mecánica, y el rendimiento energético de esta transformación es como máximo 1-Tb/Ta. Con esto se solucionaba uno de los principales problemas de la física de su tiempo, habiendo científicos que teorizaba sobre si era posible o no convertir totalmente la energía calorífica en trabajo mecánico.