Revista Entropía Educativa | Investigación e Innovación en Educación, comunicación y humanidades digitales

Revista Entropía Educativa; Rinaldi, Carlos; Carlos Alberto Rinaldi

Investigacion

Del motor a la entropía: conectando formulaciones del segundo principio termodinámico a través del Triángulo de Johnstone

From motor to entropy: connecting formulations of the second thermodynamic principle through Johnstone's Triangle

Carlos Alberto Rinaldi

crinaldi@unsam.edu.ar

ORCID: 0000-0003-2821-3123

Identificador persistente: 59515/lUaEXSLT
Fecha de aprobación:

Resumen

El Segundo Principio de la Termodinámica es conceptualmente complejo e históricamente multifacético, constituyendo un desafío significativo en la educación científica. Este artículo emplea el Triángulo de Johnstone—un modelo que distingue niveles de representación macroscópico, microscópico y simbólico— como marco pedagógico para relacionar las tres interpretaciones fundamentales del Segundo Principio: los límites de eficiencia macroscópica de Carnot, la entropía estadística de Boltzmann, y la axiomatización formal de Carathéodory. Al alinear estas formulaciones con los niveles de Johnstone, proponemos una estrategia educativa comprehensiva para fomentar la comprensión conceptual profunda en termodinámica.

Palabras clave

Segundo Principio Termodinámico Triángulo de Johnstone Carnot Boltzmann Carathéodory educación científica niveles de representación

Abstract

The Second Thermodynamic Principle is conceptually complex and historically multifaceted, making it a challenge in science education. This paper employs Johnstone's Triangle—a model distinguishing macroscopic, microscopic, and symbolic levels of representation—as a pedagogical framework to relate the three foundational interpretations of the Second Principle: Carnot's macroscopic efficiency limits, Boltzmann's statistical entropy, and Carathéodory's formal axiomatization. By aligning these formulations with Johnstone's levels, we propose a comprehensive educational strategy for fostering deep conceptual understanding in thermodynamics.

KeyWords

Second Thermodynamic Principle Johnstone's Triangle Carnot Boltzmann Carathéodory science education representational levels

Referencias

Duit, R., & Treagust, D. F. (2003). Conceptual change: A powerful framework for improving science teaching and learning. International Journal of Science Education, 25(6), 671–688. https://doi.org/10.1080/09500690305016 Johnstone, A. H. (1991). Why is science difficult to learn? Things are seldom what they seem. Journal of Computer Assisted Learning, 7(2), 75–83. https://doi.org/10.1111/j.1365-2729.1991.tb00230.x Kesidou, S., & Duit, R. (1993). Students' conceptions of the Second Principle of thermodynamics—An interpretive study. Journal of Research in Science Teaching, 30(1), 85–106. https://doi.org/10.1002/tea.3660300107 Kozma, R. B., & Russell, J. (2005). Students becoming chemists: Developing representational competence. In J. K. Gilbert (Ed.), Visualization in Science Education (pp. 121–146). Springer. https://doi.org/10.1007/1-4020-3613-2_7 Leff, H. S. (2007). Entropy, its language, and interpretation. Foundations of Physics, 37(12), 1744–1766. https://doi.org/10.1007/s10701-007-9163-3 Munfaridah, N., Avraamidou, L., & Goedhart, M. (2021). The use of multiple representations in undergraduate physics education: What do we know and where do we go from here? Eurasia Journal of Mathematics, Science and Technology Education, 17(1), 1–19. https://doi.org/10.29333/ejmste/9577 Munfaridah, N., Avraamidou, L., & Goedhart, M. (2022). Preservice physics teachers' development of physics identities: The role of multiple representations. Research in Science Education, 52, 1699–1715. https://doi.org/10.1007/s11165-021-10019-5 Styer, D. F. (2000). Insight into entropy. American Journal of Physics, 68(12), 1090–1096. https://doi.org/10.1119/1.1287353 Talanquer, V. (2011a). Learning chemistry: A matter of change. International Journal of Science Education, 33(4), 629–653. https://doi.org/10.1080/09500691003613394 Talanquer, V. (2011b). Macro, submicro, and symbolic: The many faces of the chemistry "triplet". International Journal of Science Education, 33(2), 179– 195. https://doi.org/10.1080/09500690903386435 Viennot, L. (1998). Experimental facts and ways of reasoning in thermodynamics: Learners' common approach. International Journal of Science Education, 20(9), 1069–1087. https://doi.org/10.1080/0950069980200905

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Carlos Alberto Rinaldi

CNEA / UNSAM

Especialista en espectroscopia inducida por ablación láser (LIBS), haces moleculares y separación isotópica con experiencia en el desarrollo de prototipos para propulsión láser y micromecanizado, y de narices electrónicas para aplicaciones ambientales.

Es investigador del CONICET en la Comisión Nacional de Energía Atómica, donde dirige la División de Sensores del Departamento de Micro y Nanotecnología. Además, está a cargo del proyecto LV-eNose (vaporización láser, nariz electrónica) de la Escuela de Ciencia y Tecnología de la UNSAM, donde también se desempeña como profesor. Anteriormente fue profesor en la Universidad Nacional de Córdoba.

l Premio Ranwel Caputto en Fisicoquímica de la Academia Nacional de Ciencias, entre otras distinciones.

Es doctor en Química por la Universidad Nacional de Córdoba.