El documento describe el experimento de Joule para determinar el equivalente mecánico del calor. En el experimento, la energía potencial liberada por una masa que cae se transfiere al agua en un recipiente aislado mediante paletas, causando un aumento de temperatura. Joule encontró que una cantidad de 4.186 joules de energía mecánica es necesaria para elevar la temperatura de 1 gramo de agua en 1 grado Celsius, estableciendo así la equivalencia entre el calor y la energía mecánica.

1. Karen Michelle GuillénCarvajal
Equivalente mecánico del calor
Mucho tiempo antes que el calor fuera concebido como transferencia de energía, se habían
diseñado maneras prácticas de medirlo. La unidad de calor se determinó con base en las
propiedades del agua y se denominó caloría (derivado del antiguo concepto del calórico). Esta
unidad continúa en uso y se define así:Una caloría (cal) es la cantidad de calor necesaria para
elevar un grado Celsius (°C) la temperatura de un gramo de agua (de 14.5 o
C a 15.5 o
C a la
presión de una atmósfera).
Los métodos para determinar unidades de calor se han perfeccionado al relacionarlos con la
energía. En el Sistema Internacional(SI) se mide la energía por medio del joule (J), el cual se
define como:El producto de fuerza por distancia, donde fuerza se mide en Newton y distancia
en metros.
A través de experimentos se ha comprobado que para elevar un grado Celsius la
temperatura de un gramo de agua, se necesita transferir 4.186 J de energía mediante trabajo
mecánico. Por tanto, una caloría produce el mismo incremento de temperatura en un gramo de
agua que cuando se realiza en ella un trabajo de 4.186 J, ya que en ambos casos se transfiere
la misma cantidad de energía. Esta igualdad se conoce como equivalente mecánico del calor:
Experimento
En el experimento de Joule se determina el equivalente mecánico del calor, que ya sabemos
cómo se define.
Mediante esta experiencia simulada, se pretende poner de manifiesto la gran cantidad de
energía que es necesaria transformar en calor para elevar apreciablemente la temperatura de
un volumen pequeño de agua.
Descripción
Un recipiente aislado térmicamente contiene una cierta cantidad de agua, con un termómetro
para medir su temperatura, un eje con unas paletas que se ponen en movimiento por la acción
de una pesa (o dos de acuerdo a la referencia que se tome), tal como se muestra en la figura.

2. Karen Michelle GuillénCarvajal
La versión original del experimento, consta de dos pesas iguales que cuelgan simétricamente
del eje. La pesa, que se mueve con velocidad prácticamente constante, pierde energía
potencial. Como consecuencia, el agua agitada por las paletas se calienta debido a la fricción.
Si el bloque de masa M desciende una altura h, la energía potencial disminuye en Mgh, y ésta
es la energía que se utiliza para calentar el agua (se desprecian otras pérdidas).
Joule encontró que la disminución de energía potencial es proporcional al incremento de
temperatura del agua. La constante de proporcionalidad (el calor específico del agua) es igual a

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4.186 J/(g ºC). Por tanto, 4.186 J de energía mecánica aumentan la temperatura de 1g de agua
en 1º C. Se define la caloría como 4.186 J sin referencia a la sustancia que se está calentando.
En la simulación de la experiencia de Joule, se desprecia el equivalente en agua del
calorímetro, del termómetro, del eje y de las paletas, la pérdida de energía por las paredes
aislantes del recipiente del calorímetro y otras pérdidas debidas al rozamiento en las poleas,
etc.
Sea M la masa del bloque que cuelga y h su desplazamiento vertical
m la masa de agua del calorímetro
T0 la temperatura inicial del aguay T la temperatura final
g=9.8 m/s2
la aceleración de la gravedad
La conversión de energía mecánica íntegramente en calor se expresa mediante la siguiente
ecuación.
Se despeja el calor específico (c aunque también se encuentra comúnmente en Cp) del agua
que estará expresado en J/(kg K).
Como el calor especifico del agua es por definición c=1 cal/(g ºC), obtenemos la equivalencia
entre las unidades de calor y de trabajo o energía.
Referencias
http://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/estadistica/otros/joule/joule.htm
https://mx.answers.yahoo.com/question/index?qid=20060822141302AATl5GC
http://www.tareasya.com.mx/index.php/tareas-ya/secundaria/ciencias-2/calor-y-
temperatura/1778-Equivalente-mec%C3%A1nico-del-calor.html
https://www.youtube.com/watch?v=V44_AtPKpGo