Joule estableció la equivalencia entre calor y energía mecánica a través de experimentos donde medía la cantidad de calor generada al convertir energía potencial en cinética. Encontró que la cantidad de calor producida es proporcional al trabajo mecánico realizado e independiente de la sustancia, estableciendo que 4.187 joules equivalen a elevar la temperatura de 1 gramo de agua en 1°C. Esto definió la relación entre el calor y las unidades mecánicas, conocida como el equivalente mecánico del cal

1. Equivalente mecánico de calor
Definición:
La cantidad de calor correspondiente a una cantidad dada de
energía cinética o potencial es llamada equivalente mecánico del
calor (relación entre caloría y joule). En 1840, el británico, James
Joule estableció dicha equivalencia.
En su trabajo titulado EI equivalente mecánico de calor, que data
de 1843, y fue publicado en 1850, Joule presentó las conclusiones
de los estudios de Rumford, realizados 50 años antes.
Al respecto escribió:
“Durante mucho tiempo ha sido una hipótesis que el calor consiste de una fuerza o
potencia perteneciente a los cuerpos. Rumford llevó a cabo los primeros experimentos en
favor de esta idea. Y demostró que la gran cantidad de calor excitada por la horadación
(perforación) de un cañón no puede asociarse a un cambio que tiene lugar en la capacidad
calorífica del metal, por lo tanto él concluye que el movimiento del taladro se transmite a
las partículas del metal, produciéndose así el fenómeno del calor.”
Joule realizó un experimento basado en la construcción de un aparato, cuyo
funcionamiento consiste en enrollar una cuerda que sujeta unas masas sobre unas poleas
hasta colocarlas a una altura determinada del suelo. Al dejar caer las masas, un eje gira lo
cual a su vez genera una rotación de los brazos revolventes agitando el líquido contenido
en un recipiente con paredes herméticas, lo que se conoce hoy como un sistema aislado
de su exterior, donde las paredes impiden totalmente la interacción térmica con los
alrededores; a estas paredes ideales se les llama paredes adiabáticas.

2. Después de una repetición muy cuidadosa de este experimento Joule concluyó lo
siguiente:
1) La cantidad de calor producida por la fricción entre cuerpos, sean líquidos o sólidos
siempre es proporcional a la cantidad de trabajo mecánico suministrado.
2) La cantidad de calor capaz de aumentar la temperatura de 1 libra de agua (pesada en el
vacío y tomada a una temperatura entre 55º y 60º F) por 1.8º C (1º F) requiere para su
evolución la acción de una fuerza mecánica representada por la caída de 772 lb (350.18
kg) por la distancia de l pie (30.48 cm).
Entre 1845 y 1847 repitió estos experimentos usando agua, aceite de ballena y mercurio,
obteniendo que por cada libra de estos compuestos, los equivalentes mecánicos eran
respectivamente iguales a 781.5, 782.1 y 787.6 lb, respectivamente. De ahí concluyó que
sin duda existía una relación equivalente entre fuerza y trabajo.
Con esto Joule llego a: U - W = Q
Donde U representa al cambio en la energía interna entre el estado inicial y la energía
interna en el estado final. W es cierta cantidad de energía mecánica.  Donde
Según las experiencias de Rumford y de Joule Q corresponde a una forma no mecánica de
energía, precisamente aquella que se libera por fricción. La cantidad de calor Q sólo difiere
por un factor numérico de la definición tradicional. Una caloría se define como la cantidad
de calor requerido para elevar 1 g. de agua de 15.5º C a 16.5º C. Pero según Joule, esa
cantidad de calor es equivalente a un trabajo mecánico de 4.187 joules en unidades MKS.
Entonces, una caloría es igual a 4.187 joules y al factor de conversión de unas unidades a
otras se conoce como el equivalente mecánico del calor.
Por tanto, 4.187 J de energía mecánica aumentan la temperatura de 1g de agua en 1º C.
Se define la caloría como 4.187 J sin referencia a la sustancia que se está calentando.
1 cal=4.187 J
Fuentes de Información:
http://trillo-diaz-miranda-marimon2034.blogspot.mx/2009/04/equivalente-mecanico-del-
calor-alberto.html