Ultima edición el 16 septiembre, 2021 por JORGE CABRERA BERRÍOS
¿Cuál es el equivalente mecánico del calor?
Existe una relación simple entre el trabajo mecánico realizado en un sistema y el calor generado en él. James Prescott Joule descubrió por primera vez de forma experimental que el calor producido en un sistema es directamente proporcional al trabajo mecánico realizado en él. También calculó la constante de proporcionalidad a través de un experimento único, que también describiremos en este artículo. La constante se conoce popularmente como equivalente mecánico de calor . Después del nombre de James Prescott Joule , la constante también se conoce a menudo como Equivalente mecánico de calor de Joule o simplemente Constante de Joule . Lo denotamos con la letra inglesa mayúscula J.
Si W es el trabajo realizado en un sistema y Q es la cantidad de calor producido debido a este trabajo, entonces
La expresión de J dice que el equivalente mecánico del calor es el número de unidades de trabajo que se deben realizar en un sistema para producir una sola unidad de calor.
Experimento de Joule (cómo calculó la constante de Joule)
Para calcular la constante de Joule (es decir, la cantidad de trabajo mecánico necesario para elevar la temperatura de una masa de agua dada en 1 grado Celsius), Joule realizó un experimento. El experimento de Joule consistió inicialmente en un recipiente lleno de agua y un mecanismo con placas giratorias.
La energía cinética de las placas se transforma en calor porque la fuerza de la gravedad realiza un trabajo sobre el peso que cae una distancia. Esto dio una confirmación experimental de la equivalencia entre calor y trabajo, ahora definido como exactamente 1 caloría por cada 4,184 julios y llamado “caloría termoquímica”.
Para demostrar su experimento, primero tomaremos un calorímetro cilíndrico hecho de cobre. 
Usaremos un sistema de paleta-paleta como se muestra arriba. 
Ahora, llenaremos el calorímetro con una cantidad determinada de agua. Ahora conectaremos el sistema de paleta-paleta al calorímetro lleno de agua con una tapa superior hermética. 
Ahora, uniremos dos pesos de masa conocida e igual como se muestra en la figura anterior, con la ayuda de poleas. Cuando giramos la manija del sistema en cualquier dirección, ambos pesos suben o bajan verticalmente dependiendo de la dirección de rotación. 
Adjuntamos dos escalas verticales para medir la vertical; movimientos de los pesos. También colocamos un termómetro en la tapa superior del sistema para ver el aumento de temperatura del agua.
Ahora levantaremos las pesas girando el mango. Después de levantar las pesas por altura h dejamos que estas caigan libremente a sus posiciones anteriores. Cuando las pesas caen, la energía potencial almacenada en el sistema durante el levantamiento de las pesas se libera como energía cinética que provoca la rotación de las camionetas en el agua.
Este trabajo realizado en el sistema generará calor en el agua y provocará un aumento de temperatura del agua. Después de que las pesas bajen a su posición de reposo, nuevamente, levantaremos la pesa a la misma altura hy dejaremos que bajen libremente. Continuamos haciendo esto hasta que hay una diferencia de temperatura medible indicada en el termómetro instalado en el sistema.
Ahora, podemos medir el trabajo realizado multiplicando el peso total con la altura del movimiento de pesas, número de veces que se repitieron los movimientos de pesas.
Consideremos que ambos pesos tienen la misma masa m. Entonces, la masa total de los pesos es 2 m. Entonces, el trabajo realizado debido a la caída de pesos verticalmente durante h metros es de 2 mgh. Ahora digamos, un total de n repeticiones de movimientos de peso realizados antes de elevar la temperatura del agua a su valor medido. Por lo tanto, el trabajo total realizado será 
Aquí, se conocen todos los n, m, gyh, por lo que el trabajo total realizado se puede calcular fácilmente.
Consideremos ahora, M es la masa del agua en el calorímetro. W ‘es el equivalente en agua del calorímetro.
Entonces, el calor total producido debido al θ aumento de temperatura del agua es, 
Q = (M + W ‘) θ.
Ahora, equivalente mecánico del calor
Después de este experimento, al poner todos los valores conocidos de m, g, h, n, M, W ‘y θ, obtenemos, 
Aquí, en este experimento, la energía potencial de la masa que cae se convierte en energía cinética y finalmente a la energía térmica.
