Definicion de equivalente mecanico del calor en fisica

Contenidos
  1. Equivalente mecánico del experimento térmico
  2. ¿Qué se entiende por equivalente mecánico del calor?
  3. ¿Cuál es la fórmula del equivalente mecánico del calor?
    1. ¿Qué es el equivalente mecánico?
    2. Experimento de Joule calor equivalente mecánico
    3. Podemos definir un equivalente mecánico del calor porque

Equivalente mecánico del experimento térmico

La energía puede existir en muchas formas y el calor es una de las más intrigantes. El calor suele estar oculto, ya que sólo existe cuando está en tránsito, y se transfiere por métodos muy distintos. La transferencia de calor afecta a todos los aspectos de nuestra vida y nos ayuda a comprender cómo funciona el universo. Explica el frío que sentimos en una noche de brisa despejada o por qué el núcleo de la Tierra aún no se ha enfriado. Este módulo define y explora la transferencia de calor, sus efectos y los métodos por los que se transfiere. Estos temas son fundamentales, además de prácticos, y a menudo se hará referencia a ellos en los módulos siguientes.

Ejemplos de transferencia de calor: (a) El efecto de enfriamiento de una noche de brisa despejada es producido por el viento y por la transferencia radiativa de calor al frío espacio exterior. (b) Hubo una vez una gran controversia sobre la edad de la Tierra, pero ahora se acepta generalmente que tiene unos 4.500 millones de años. Gran parte del debate se centra en el interior fundido de la Tierra. Según nuestros conocimientos sobre la transferencia de calor, si la Tierra es realmente tan antigua, su centro debería haberse enfriado hace mucho tiempo. El descubrimiento de radiactividad en las rocas reveló la fuente de energía que mantiene fundido el interior de la Tierra, a pesar de la transferencia de calor a la superficie, y de ahí al frío espacio exterior.

¿Qué se entiende por equivalente mecánico del calor?

El equivalente mecánico del calor se define como que en cada situación, una cantidad dada de trabajo generaría la misma cantidad de calor, esto implica que el calor y el movimiento son mutuamente intercambiables. La fórmula para calcular el equivalente mecánico del calor : J = W Q.

¿Cuál es la fórmula del equivalente mecánico del calor?

En la Ley de Joule, J se conoce como el equivalente mecánico del calor. De W=JQ se deduce que si Q=1 entonces J=W. Por lo tanto, la cantidad de trabajo necesario para producir una cantidad unitaria de calor se define como el equivalente mecánico del calor.

¿Qué es el equivalente mecánico?

La energía mecánica puede convertirse en calor, y el calor puede convertirse en cierta energía mecánica. Esta importante observación física se conoce como equivalente mecánico del calor. Esto significa que se puede modificar la energía interna de un sistema realizando trabajo sobre él o añadiéndole calor. Este concepto es fundamental para la termodinámica, que aplica las ideas de calor y trabajo para crear sistemas útiles como motores, centrales eléctricas y frigoríficos. Esta equivalencia de calor y movimiento se puso a prueba en un experimento clásico realizado por James Joule en 1843, que utilizó el cambio de energía potencial de masas en caída para agitar agua[2]. El agua aumentó su temperatura, de forma parecida a como lo haría al ponerla sobre una llama. Esto demostró que el movimiento descendente de las masas que provocaban la agitación del agua (una forma de movimiento mecánico) podía equipararse a un aumento de la temperatura del agua, es decir, a un aumento del calor,

Esta idea de equivalencia de trabajo y calor se recoge en la Primera ley de la termodinámica, que dice que el cambio en la energía interna de un sistema es la suma del trabajo realizado y el calor añadido a cualquier sistema. A partir de aquí, si se observa un sistema en un estado cualquiera, es imposible saber si ha llegado a ese estado por una aportación de trabajo, por una aportación de calor o por una combinación de ambas[3], como se muestra en la figura 2 siguiente.

Experimento de Joule calor equivalente mecánico

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En la historia de la ciencia, el equivalente mecánico del calor afirma que el movimiento y el calor son mutuamente intercambiables y que, en todos los casos, una cantidad dada de trabajo generaría la misma cantidad de calor, siempre que el trabajo realizado se convierta totalmente en energía calorífica. El equivalente mecánico del calor fue un concepto que desempeñó un papel importante en el desarrollo y la aceptación de la conservación de la energía y el establecimiento de la ciencia de la termodinámica en el siglo XIX.

Benjamin Thompson, conde Rumford, había observado el calor generado por fricción al perforar un cañón en el arsenal de Munich, Alemania, hacia 1797. Rumford sumergió un cañón en agua y dispuso una herramienta de mandrinar especialmente desafilada. Demostró que el agua podía hervir en unas dos horas y media y que el suministro de calor por fricción era aparentemente inagotable.

Podemos definir un equivalente mecánico del calor porque

En el capítulo Trabajo, energía y recursos energéticos, definimos trabajo como fuerza por distancia y aprendimos que el trabajo realizado sobre un objeto cambia su energía cinética. También vimos en Temperatura, teoría cinética y leyes de los gases que la temperatura es proporcional a la energía cinética (media) de átomos y moléculas. Decimos que un sistema térmico tiene una cierta energía interna: su energía interna es mayor si la temperatura es más alta. Si se ponen en contacto dos objetos a temperaturas diferentes, la energía se transfiere del objeto más caliente al más frío hasta que se alcanza el equilibrio y los cuerpos alcanzan el equilibrio térmico (es decir, están a la misma temperatura). Ninguno de los dos objetos realiza trabajo alguno, ya que ninguna fuerza actúa a distancia. La transferencia de energía está causada por la diferencia de temperatura, y cesa una vez que las temperaturas se igualan. Estas observaciones conducen a la siguiente definición de calor: El calor es la transferencia espontánea de energía debida a una diferencia de temperatura.

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