Julio von Mayer

Julius Robert von Mayer (25 de noviembre de 1814 – 20 de marzo de 1878) era médico, químico y físico alemán y uno de los fundadores de la termodinámica. Es más 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, a saber, que "la energía no puede ser creada ni destruida". En 1842, Mayer describió el proceso químico vital que ahora se denomina oxidación como la principal fuente de energía para cualquier criatura viviente. Sus logros fueron pasados por alto y prioritarios para el descubrimiento del equivalente mecánico del calor fue atribuido a James Joule en el año siguiente. También propuso que las plantas conviertan la luz en energía química.

Vida temprana

Mayer nació el 25 de noviembre de 1814 en Heilbronn, Württemberg (Baden-Württemberg, actual Alemania), hijo de un farmacéutico. Creció en Heilbronn. Después de completar su Abitur, estudió medicina en la Universidad de Tubinga, donde fue miembro del Corps Guestphalia, un cuerpo de estudiantes alemanes. Durante 1838 obtuvo su doctorado y aprobó el Staatsexamen. Después de una estancia en París (1839/40), partió como médico de barco en un velero holandés de tres mástiles para viajar a Yakarta.

Aunque antes de este viaje apenas se había interesado por los fenómenos físicos, su observación de que las olas azotadas por una tormenta son más cálidas que el mar en calma le hizo pensar en las leyes físicas, en particular en el fenómeno físico del calor y en la cuestión si en el proceso de combustión debe contabilizarse únicamente el calor desarrollado directamente (el calor de combustión), o la suma de las cantidades de calor desarrollado de manera directa e indirecta. Tras su regreso en febrero de 1841, Mayer dedicó sus esfuerzos a solucionar este problema.

En 1841 se instaló en Heilbronn y se casó.

Desarrollo de ideas

Incluso cuando era niño, Mayer mostró un intenso interés por varios mecanismos mecánicos. Era un joven que realizó diversos experimentos de tipo físico y químico. De hecho, uno de sus pasatiempos favoritos era crear varios tipos de aparatos eléctricos y bombas de aire. Era obvio que era inteligente. Por lo tanto, Mayer asistió a la Universidad Eberhard-Karls en mayo de 1832. Estudió medicina durante su estancia allí.

En 1837, él y algunos de sus amigos fueron arrestados por llevar los colores de una organización prohibida. Las consecuencias de este arresto incluyeron una expulsión de un año de la universidad y un breve período de encarcelamiento. Esta desviación envió a Mayer a viajar a Suiza, Francia y las Indias Orientales Holandesas. Mayer despertó un interés adicional por las matemáticas y la ingeniería de su amigo Carl Baur a través de tutorías privadas. En 1841, Mayer regresó a Heilbronn para ejercer la 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 en gran medida ignorado por otros profesionales del área. Entonces, Mayer se interesó por 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 fuente principal de energía para cualquier ser vivo.

En 1848 calculó que en ausencia de una fuente de energía el Sol se enfriaría en sólo 5000 años, y sugirió que el impacto de los meteoritos lo mantenía caliente.

Dado que no se lo tomó en serio en ese momento, se pasaron por alto sus logros y se le dio crédito 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. La facultad de filosofía de la Universidad de Tubinga le concedió un doctorado honoris causa en 1859. Su trabajo, pasado por alto, fue revivido en 1862 por su colega físico John Tyndall en una conferencia en la Royal Institution 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 recibió la nobleza personal del Reino de Württemberg (von Mayer), que es el equivalente alemán del título de caballero británico. von Mayer murió en Alemania en 1878.

Después de que Sadi Carnot lo estableciera para el calórico, Mayer fue la primera persona en establecer la ley de conservación de la energía, uno de los principios más fundamentales de la física moderna. La ley de 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 sólo mediante fuerzas conservativas. El primer intento de Mayer de establecer la conservación de la energía fue un artículo que envió a Annalen der Physik de Johann Christian Poggendorff, en el que postulaba una conservación de la fuerza (Erhaltungssatz der Kraft). Sin embargo, debido a la falta de formación avanzada en física de Mayer, contenía algunos errores fundamentales y no se publicó. Mayer continuó defendiendo firmemente la idea y discutió con el profesor de física de Tubinga, Johann Gottlieb Nörremberg, quien rechazó su hipótesis. Nörremberg, sin embargo, le dio a Mayer una serie de sugerencias valiosas sobre cómo podría examinarse la idea de forma experimental; por ejemplo, si la energía cinética se transforma en energía térmica, el agua debería calentarse mediante vibración.

Mayer no sólo realizó esta demostración, sino que también determinó el factor cuantitativo de la transformación, calculando el equivalente mecánico del calor. El resultado de sus investigaciones se publicó en 1842 en la edición de mayo de 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 i>, 1845) especificó el valor numérico del equivalente mecánico del calor: al principio 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 de la tabla de vapor internacional.

Esta relación implica que, aunque el trabajo y el calor son formas diferentes de energía, pueden transformarse uno en otro. Esta ley ahora se denomina 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.

La 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:

${displaystyle C_{P,m}-C_{V,m}=R}$,

donde C_P,m es el calor específico molar a presión constante, C_V,m es el calor específico molar a volumen constante y R es la constante de los gases.

Vida posterior

Mayer era consciente de la importancia de su descubrimiento, pero su incapacidad para expresarse científicamente provocó especulaciones degradantes y resistencia por parte del establishment científico. Los físicos contemporáneos rechazaron su principio de conservación de la energía, e incluso los físicos aclamados 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 amarga disputa sobre la prioridad con el segundo.

En 1848, dos de sus hijos murieron rápidamente uno tras otro 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 su liberación, era un hombre destrozado y sólo tímidamente volvió a entrar en la vida pública en 1860. Sin embargo, mientras tanto, su fama científica había crecido y recibió una apreciación tardía de sus logros, aunque tal vez en una etapa en la que estaba ya no puedo disfrutarlo.

Continuó trabajando vigorosamente como médico hasta su muerte.

Honores

• 1840 Mayer recibió la Cruz del Caballero de la Orden de la Corona (Württemberg).
• 1869 Mayer recibió el prix Poncelet.
• El Robert-Mayer-Gymnasium y el Robert-Mayer-Volks- und Schulsternwarte en Heilbronn lleva 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 Edición digital de la Biblioteca Universitaria y Estatal de Düsseldorf