Pregunta:
Historia temprana del concepto de fase en las ciencias físicas
Semiclassical
2014-10-29 19:16:47 UTC
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Una de las primeras distinciones que se encuentran en la educación científica es que las sustancias pueden asumir diferentes estados de la materia: por ejemplo, el agua se puede encontrar como líquido, como sólido (hielo) o como gas (vapor de agua).

Este concepto se vuelve cada vez más sofisticado: el estado refleja las variables macroscópicas del problema (por ejemplo, presión, temperatura), diferentes sustancias tienen diferentes diagramas de fase, diferentes fases pueden coexistir bajo ciertas condiciones, etc. Es así No es sorprendente que el concepto de fase sea fundamental para la ciencia moderna y, en particular, para nuestros intentos de descubrir / crear / comprender formas novedosas de materia. (La mayoría de las discusiones sobre superconductividad de alta temperatura, por ejemplo, giran en torno a tratar de obtener una comprensión teórica de los diagramas de fase observados de varios materiales).

A los efectos de esta pregunta, lo que me interesa específicamente En ella se encuentra la historia temprana del concepto de fase y las referencias disponibles sobre el tema. Por ejemplo, aproximadamente, ¿cuándo reconocieron los seres humanos que el agua líquida, el hielo sólido y el vapor de agua podrían entenderse como estados diferentes de la misma sustancia?

Toda la historia intelectual me parece demasiado amplia, creo que se podría escribir un libro sobre eso. Habrá un salto especialmente grande de las fases habituales (sólido, líquido, gas) a estados más exóticos (por ejemplo, fase conductora / aislante en la física de la materia condensada). ¿Quizás podrías concentrarte en algún aspecto particular de todo el asunto?
@OndřejČernotík: Estaba intentando hacerlo con la última oración (de hecho, esa pregunta de despedida fue lo que me hizo pensar en esto). Pero puedo enfocarlo más.
@OndřejČernotík: He editado un poco el último párrafo y el título para centrar la pregunta en la historia temprana. Avísame si todavía es demasiado amplio.
Es solo mi opinión. Esperemos y veamos qué piensan los demás. Ciertamente preferiría la redacción actual sobre la original.
One responder:
#1
+7
Felix
2014-10-29 23:44:13 UTC
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Presumiblemente, el reconocimiento de que el agua, el hielo y el vapor son estados diferentes de la misma sustancia se remonta a tiempos prehistóricos: p. ej. hervir agua sobre un fuego u observar el derretimiento del hielo.

La historia temprana del diagrama de fases en física está relacionada con Gibbs, Maxwell y van der Waals: la ecuación de van der Waals (1873) implica que hay son fases líquidas y gaseosas coexistentes por debajo de la temperatura crítica en gases reales. Van der Waals recibió el Premio Nobel de Física de 1910 por este trabajo.

Maxwell, basándose en el trabajo de Gibbs, construyó una gráfica tridimensional de las variables volumen, entropía y energía para una presión y temperatura determinadas (1874). No construyó exactamente un diagrama de fases del agua, pero "... modeló una sustancia ficticia, en la que el volumen es mayor cuando es sólida que cuando es líquida; y en la que, como en el agua, el vapor saturado se sobrecalienta por compresión".

Me pregunto un poco sobre ese primer párrafo. Ciertamente, observaciones como "si el hielo está expuesto al calor, entonces veré agua" deben remontarse bastante atrás. Pero, ¿los reconocieron todavía como la misma sustancia? Eso parece un obstáculo conceptual mayor.
@Semiclassical Estoy de acuerdo en que "sustancia" en el sentido de una composición química bien definida es bastante reciente. Quizás 'materia' sea el mejor término. La identificación del agua con 'dos ​​partes de hidrógeno, una parte de oxígeno' data de 1805 por J.L. Gay-Lussac y A. von Humboldt.
Sin embargo, es esa temprana turbidez conceptual lo que me interesa. También me pregunto por los experimentos que se utilizaron para confirmarlo; por ejemplo, evaporar una olla de agua, capturar el vapor y ver cómo se condensa de nuevo en líquido. De manera similar con el hielo: cuando vieron un lago congelarse y finalmente descongelarse, ¿reconocieron que el hielo era solo una forma diferente del agua? Aunque esa historia parece difícil de precisar ...
@Semiclassical Puedo responder la primera parte de su pregunta: el agua destilada se conoce al menos desde que Alejandro de Afrodisias describió el proceso de destilación, alrededor del 200 d.C. http://en.wikipedia.org/wiki/Distillation
Ah gracias. Me imagino que ese tipo de registros "tecnológicos" son más relevantes para esta pregunta que la evidencia "experimental". Por ejemplo, creo que la práctica de la metalurgia y la forja (con su fusión y enfriamiento de la materia sólida) probablemente habría dado alguna impresión, aunque confusa, en cuanto a la distinción entre estado y sustancia.


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