Equivalente mecánico del calor

James Prescott Joule (1818-1889) midió experimentalmente la cantidad de calor producida mecánicamente, lo que permitió afirmar que el calor es otra de las formas en que se manifiesta la energía.

El dispositivo empleado por Joule se basa en el principio de entregar un determinado trabajo mecánico al agua contenida en un calorímetro, la cual junto con el aparato mismo, no sufría otra alteración.

La cantidad de calor producida por la entrega de este trabajo podía medirse por el aumento de la temperatura que marcaba el termómetro del calorímetro.

El experimento consiste en desconectar el eje de las paletas y arrollar sobre el tambor las cuerdas que sostienen las pesas, de forma tal que, cuando una de ellas suba, la otra baje.

A la pesa superior se le agrega una masa adicional p que varía, hasta obtener un movimiento que al finalizar el descenso alcance la misma velocidad.

De esta manera, al ser p muy pequeña, el valor de   p . g . h  representa el trabajo resistente de los rozamientos exteriores y de la energía cinética de las masas m y m´   

El trabajo útil entregado al calorímetro durante n descensos será entonces:

                        Wu  =  2m . g . h . n    -    p . g . h . n  =  (2m - p) . g . h . n      

Resultado obtenido en Joules, tomando m y p en kg masa, la altura h en metros y g el valor de la aceleración de la gravedad.

Para expresar el resultado en kgm se emplea el factor dimensional  gc:
Nota: En unidades del SI (Sistema Internacional) el factor sería:gc = 9.80665 Kgm / Kgf . seg²  →  [Kg * metro / (Kg fuerza * seg² )]  
gc  Newton/kg    o sea →    9,80665 Newton/kg

Por lo cual se obtiene que: 
                                             Wu = (2m - p) . g . h . n  /  gc  

                                                                 

Pudiéndose determinar por medio del calorímetro la cantidad de calor producida aplicando la fórmula: 

                                              Q = (ma + e) . cm (t2 - t1). 

donde  e = equivalente en agua del calorímetro

Relacionando ambas expresiones se obtiene el equivalente mecánico del calor, que se establece en: 

                  1 kcal  =  427 kgm = 4.186 J    →   1 J = 0,24 cal