Seufert García Jasmín. Ing. Química. ITM, 2014.

EQUIVALENTE MECÁNICO DEL CALOR

El calor (o energía térmica) se define ahora como la energía que se transfiere entre un

sistema y su entorno en virtud de una diferencia de temperatura entre ambos. Antes de que

los científicos arribasen a una comprensión correcta del calor ya se habían ideado las

unidades para medirlo. Estas unidades se eligieron debido a malentendidos iniciales acerca

del calor. Estas insólitas unidades todavía se utilizan extensamente en muchas aplicaciones.

Una de las unidades de uso más extendido es la caloría (cal), la cual se define como el calor

que se requiere para elevar la temperatura 1 g de agua de 14.5°C a 15.5°C. Una unidad

relacionada con la anterior es la kilocaloría (kcal), 1kcal = 103 cal. La Caloría con C

mayúscula, que se utiliza para describir el equivalente energético de los alimentos, es igual

a 1 kcal. La unidad de calor en el sistema inglés de ingeniería es la unidad térmica británica

(Btu), la cual se define como el calor necesario para elevar la temperatura de 1 lb de agua

de 63°F a 64°F.

Puesto que en la actualidad el calor se reconoce como energía en proceso de

transferirse, los científicos utilizan cada vez con mayor frecuencia la unidad SI de energía,

el joule (J), para describir cantidades de calor.

Siempre que hay una fricción en un sistema mecánico, se pierde cierta energía

mecánica. Experimentos de diversos tipos han permitido demostrar que esta energía

mecánica que se pierde no desaparece sencillamente, sino que se transforma en energía

térmica. Joule (1818-1889) fue el primero en establecer la equivalencia de las dos formas

de energía. Este científico encontró que:

1 cal = 4.186 J

La razón 4.186J/cal se conoce, por razones puramente históricas, como el equivalente

mecánico del calor.

Las primeras mediciones precisas del equivalente mecánico del calor fueron

realizadas por Joule, que midió el trabajo disipativo mecánico realizado sobre un agitador

de paletas sumergido en un tanque de agua y calculó a partir de la masa conocida del agua y

de su incremento de temperatura, la cantidad de calor que tendría que fluir del agua para

producir la misma variación de energía interna. Los experimentos se realizaron en el

Seufert García Jasmín. Ing. Química. ITM, 2014.

periodo de 1840 a 1878 y aunque Joule expresó sus resultados en unidades inglesas, son

equivalentes al valor notablemente preciso de 1 cal = 4.186 J.

Sin embargo, la verdadera importancia del trabajo de Joule fue superior a la simple

determinación del equivalente mecánico del calor. Por medio de experimentos semejantes a

los citados y otros de naturaleza similar, Joule demostró de modo concluyente que existía

en realidad una proporcionalidad directa entre «trabajo» y «calor» y con ello contribuyó a

disipar la falsa creencia, corriente en aquel tiempo, de que el «calor» era un fluido invisible

y sin peso, llamado «calórico». Puede decirse que Joule no solo determinó el valor del

equivalente mecánico del calor, sino que proporcionó la prueba experimental de la

existencia de dicha magnitud.

Fuentes de Información:

- A. Serway, Raymond. (1999). Física. Editorial Pearson Educación. Quinta edición. México.

- Sears, F.W. & Salinger, G.L. (2002). Termodinámica, teoría cinética y termodinámica estadística.

Editorial Reverté S.A. Segunda edición. España.