El 1849 J.P. Joule, después de una larga experimentación, publicó sus resultados sobre la naturaleza del calor como forma de energía. Estas conclusiones, adaptadas al lenguaje científico moderno, se pueden resumir de la siguiente forma.

  • La cantidad de calor producida por la fricción de los cuerpos, ya sean sólidos o líquidos, es siempre proporcional a la cantidad de energía gastada.
  • La cantidad de calor (en calorías) capaz de incrementar la temperatura de 1 kg de agua en 1ºC requiere el cambio en la energía mecánica representada por la caída de 1 m de un peso de 4,180N

Aunque actualmente parezcan obvias, en ese momento fueron revolucionarias para demostrar la naturaleza del calor como forma de energía y para establecer la definición de la unidad «caloría».

Para llegar a estas conclusiones utilizó varios experimentos, que perfeccionaba continuamente para evitar errores sistemáticos. De entre ellos, destacan tres: en el primero, utilizaba un generador eléctrico accionado por un peso que caía. El generador estaba conectado a un cable cerrado sumergido en agua, de modo que el calentamiento del cable calentaba el agua una temperatura proporcional al trabajo del peso. El segundo experimento estudiaba la transformación del trabajo de compresión de un gas en calor, y el tercero, que es el que se puede ver en la foto, utilizaba un peso que caía para accionar unas manivelas, que calentaban el agua por fricción. En estos tres casos, se relaciona la proporcionalidad entre calor e incremento de temperatura en un fluido, con la ecuación que conocemos hoy en día: q=Ce·m·ΔT.

Equivalente mecánico del calor - Wikipedia, la enciclopedia libre
Imagen 1: Diagrama del experimento de Joule que relaciona calor con fricción. (Fuente: Wikimedia Commons)

Referencia: Tomé, C., 2017. Los Experimentos De Joule. [online] Cuaderno de Cultura Científica. Disponible en: <https://culturacientifica.com/2017/05/09/los-experimentos-joule/&gt;

Objetivos:

  • Reforzar el concepto de calor como forma de energía, evitando la preconcepción errónea de que es un fluido.
  • Definir la unidad de caloría.
  • Introducir la relación de proporcionalidad entre calor e incremento de temperatura.

Indicaciones para los alumnos:

Esta actividad está planteada para dos horas de clase dentro de la misma semana.

  1. Lectura del texto divulgativo referenciado. Comentario en grupos de 2, y posteriormente con toda la clase, guiado por el profesor o profesora.
  2. Explicación magistral de la fórmula q=Ce·m·ΔT, donde se define cada término.
  3. Resolución individual de dos cuestiones y dos problemas donde se aplican los conceptos vistos en clase.
    1. Se deben resolver en clase y, si es necesario, consultar con el compañero de grupo o con la profesora.
    2. Se intercambian con un compañero distinto al compañero de grupo, que lo corregirá siguiendo las instrucciones en la pizarra.
  4. Realización de un cuestionario quizziz de 10 preguntas verdadero/falso donde se pregunta sobre las definiciones…

Criterios de evaluación:

La evaluación consta de 3 partes

  1. Respuestas a los problemas: se valora el uso de un correcto lenguaje científico, incluyendo términos vistos en la actividad, así como la correcta resolución de problemas, con planteamiento, cálculos y discusión de un resultado.
  2. Corrección de los problemas del compañero o compañera: se valora el uso correcto del lenguaje y la identificación adecuada de los errores.
  3. Resultados del cuestionario: autocorrectivo, se considera resuelto satisfactoriamente con 7 o más respuestas correctas. Esta parte calibra en qué puntos del temario flaquean más los alumnos para poder enmendarlo en acciones futuras.