Equivalente Mecánico Del Calor

Equivalente Mecánico del Calor

Históricamente se tardó bastante tiempo en comprender cuál es la naturaleza del calor. En un primer momento se pensaba que el calor era un fluido (denominado calórico) que impregnaba los cuerpos y era responsable del calor que éstos intercambiaban al ser puestos en contacto.

En el siglo XIX, Joule ideó un experimento para demostrar que el calor no era más que una forma de energía, y que se podía obtener a partir de la energía mecánica. Dicho experimento se conoce como experimento de Joule para determinar el equivalente mecánico del calor.

Antes del experimento de Joule se pensaba que calor y energía eran dos magnitudes diferentes, por lo que las unidades en que se medían ambas eran también distintas. La unidad de calor que se empleaba era la caloría.

“Una caloría es la cantidad de calor necesaria para elevar la temperatura de un gramo de agua destilada desde 14.5 ºC a 15.5 ºC.”

En el experimento de Joule se determina el equivalente mecánico del calor, es decir, la relación entre la unidad de energía joule (julio) y la unidad de calor caloría.

Con su experimento, Joule se propuso demostrar que se podía elevar la temperatura del agua transfiriéndole energía mecánica. El aparato que empleó se muestra en la siguiente figura. En el interior de un recipiente se introduce 1 kg de agua a 14.5 ºC.

Al recipiente se le acoplan unas paletas conectadas mediante una cuerda con una masa que puede caer. Conforme la masa cae a velocidad constante, las paletas giran, por lo que se convierte la energía potencial gravitatoria de la masa en energía para hacer girar las paletas. Debido a este giro, el agua aumenta de temperatura (el giro de las paletas se transforma en calor).

Lo que encontró Joule fue que, para elevar la temperatura del kilogramo de agua hasta 15.5ºC (es decir, para conseguir una energía de 1000 calorías), la energía potencial de la masa debía disminuir en 4180 Julios. Por tanto, la equivalencia entre unidades de calor y energía es:

El descubrimiento de Joule llevó a la teoría de la conservación de la energía lo que a su vez condujo al desarrollo del primer principio de la Termodinámica.

Conclusiones

La resultante del experimento de Joule es el descubrimiento de poder igualar el calor de un cuerpo conforme al trabajo mecánico, lo cual es muy cierto y lo podemos observar claramente en la vida cotidiana, por ejemplo, cuando hacemos algún deporte, estamos realizando trabajo mecánico físico, entonces nuestro calor corporal tiende a subir. También, ¿no se ha preguntado, por qué cuando tenemos frío frotamos nuestras manos?, es porque la energía friccionante que realizamos nos produce calor. Así que es correcto pensar que el calor tiene un equivalente mecánico.

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