LA EXPERIENCIA DE JOULE

EXPERIMENTO DEMOSTRATIVO
Maquinas térmicas: La experiencia de joule


INTRODUCCIÓN:
Las máquinas son herramientas destinadas a disminuir el esfuerzo humano en cualquier tarea de transformación. Debemos destacar tres ideas simples:
Las máquinas simples (palancas, manivelas, poleas...) reducen la fuerza necesaria para realizar una tarea. Su idea común es que el momento de una fuerza,capaz de generar una rotación, depende de la fuerza aplicada y la distancia al eje de rotación. Aumentando esta distancia es posible conseguir grandes momentos con poco esfuerzo.
Las máquinas simples ahorran fuerza pero no trabajo. Si deseamos ahorrar trabajo mecánico, la forma de conseguirlo consiste en convertir en trabajo útil alguna otra forma de energía presente en la Naturaleza (energíaeólica, energía hidráulica...)
El desarrollo de las máquinas ha sido uno de los factores clave en el establecimiento de las modernas sociedades de bienestar.
En esta unidad pretendemos que comprendas el papel que han cumplido las máquinas a lo largo de la historia: primero como simples ahorradores de fuerza humana; después como artefactos capaces de aprovechar fuerzas naturales del tipo del viento oel agua; finalmente como aparatos sofisticados capaces de convertir unas formas de energía en otras, siempre a nuestro servicio. También podrás aprender que la Naturaleza impone algunas limitaciones a estas transformaciones.

OBJETIVOS:
Cuando el vapor de agua  sale de una olla a presión, su energía es capaz de hacer girar la válvula de la olla. Parte del calor que hemos comunicado al agua seestá convirtiendo en trabajo mecánico. Del mismo modo, sabemos que frotando dos cuerpos, una forma de trabajo mecánico, se produce calor.
En el experimento de Joule se determina el equivalente mecánico del calor, es decir, la relación entre la unidad de energía joule (julio) y la unidad de calor caloría.
Así pues, el trabajo mecánico y el calor se pueden convertir el uno en el otro. ¿Cuál es larelación de conversión? El conocido científico J. Joule diseño una experiencia que le permitía convertir energía mecánica en energía térmica en condiciones controladas para medir la equivalencia entre ambas formas de energía.
El experimento clásico de Joule fue diseñado para determinar la cantidad de trabajo que se requiere para producir una determinada cantidad de calor, es decir la cantidad detrabajo que es necesario realizar para elevar la temperatura de 1 gramo de agua en 1 grado Celsius (ºC). El instrumento de Joule consistía de un recipiente con agua (el sistema), en el que estaba sumergido un agitador de unas paletas giratorias cuyo giro estaba accionado por un mecanismo que dependía de la bajada de un peso. El agua estaba en un contenedor de paredes adiabáticas, de forma que elambiente no pudiera influir en la temperatura por conducción de calor. Las pesas caían a velocidad constante, y al caer permiten que al agitador diera vueltas dentro del agua, esto es se producía trabajo sobre el agua. Despreciando la energía que se pierde en los rozamientos, el trabajo mecánico realizado sobre el agua es igual a la pérdida de energía mecánica de las pesas que caen. La pérdida deenergía potencial puede medirse fácilmente determinando la distancia que descienden las pesas. Si las pesas de masa m caen desde una distancia h, la perdida de energía potencial es igual a mgh. Esta energía causa el incremento en la temperatura del agua la cual debe ser medida con un termómetro
MARCO TEÓRICO:
Antecedentes: del calórico a Joule
La cuestión del calor ha preocupado al hombre desdelos albores la humanidad. No en vano las largas noches de invierno el calor de una fogata proporcionaba seguridad, calidez y calidad a la vida. Sin embargo la comprensión de la naturaleza del calor como una forma de transferencia de energía tuvo que esperar al siglo XIX para ser aclarada.
Joseph Black (1728-1799) fue el primer científico en diferenciar entre el calor y la “intensidad” del...