En la historia de la ciencia , el equivalente mecánico del calor establece 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 térmica. El equivalente mecánico del calor fue un concepto que tuvo 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. Su descubrimiento independiente y simultáneo por James Prescott Joule y por Julius Robert von Mayer condujo a una disputa de prioridad .
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Benjamin Thompson , conde de Rumford, había observado el calor por fricción generado por el taladrado de cañones en el arsenal de Múnich, Baviera, alrededor de 1797. Rumford sumergió el cañón de un cañón en agua y preparó una herramienta de taladrado especialmente roma. Demostró que el agua podía hervir en aproximadamente dos horas y media y que el suministro de calor por fricción era aparentemente inagotable.
Basándose en sus experimentos, publicó " An Experimental Enquiry Concerning the Source of the Heat which is Excited by Friction " (1798), Philosophical Transactions of the Royal Society , p. 102. Este artículo científico supuso un desafío sustancial a las teorías establecidas sobre el calor e inició la revolución del siglo XIX en la termodinámica. El experimento inspiró el trabajo de James Prescott Joule en la década de 1840. Las mediciones más exactas de Joule sobre la equivalencia fueron fundamentales para establecer la teoría cinética a expensas de la teoría calórica . La idea de que el calor y el trabajo son equivalentes también fue propuesta por Julius Robert von Mayer en 1842 en la principal revista de física alemana e independientemente por James Prescott Joule en 1843, en la principal revista de física británica. Ludwig A. Colding realizó un trabajo similar en 1840-1843, aunque el trabajo de Colding era poco conocido fuera de su Dinamarca natal.
En la década de 1820, Nicolas Clément y Sadi Carnot colaboraron en este sentido. [1] En 1845, Joule publicó un artículo titulado "El equivalente mecánico del calor", en el que especificaba un valor numérico para la cantidad de trabajo mecánico necesario para producir una unidad de calor. En particular, Joule había experimentado con la cantidad de trabajo mecánico generado por la fricción necesaria para elevar la temperatura de una libra de agua en un grado Fahrenheit y había encontrado un valor constante de 778,24 pie-libra-fuerza (4,1550 J · cal −1 ). Joule sostenía que el movimiento y el calor eran mutuamente intercambiables y que, en todos los casos, una cantidad dada de trabajo generaría la misma cantidad de calor. Von Mayer también publicó un valor numérico para el equivalente mecánico del calor en 1845, pero su método experimental no fue tan convincente.
Aunque a principios del siglo XX se estableció un valor estandarizado de 4,1860 J·cal −1 , en la década de 1920 se llegó a la conclusión de que la constante es simplemente el calor específico del agua, una cantidad que varía con la temperatura entre los valores de 4,17 y 4,22 J· g −1 · °C −1 . El cambio de unidad fue el resultado de la desaparición de la caloría como unidad en física y química .
Tanto von Mayer como Joule se enfrentaron inicialmente a la negligencia y la resistencia a pesar de haber publicado en importantes revistas de física europeas, pero en 1847 muchos científicos destacados de la época ya les prestaban atención. En 1847, Hermann Helmholtz publicó lo que se considera una declaración definitiva sobre la conservación de la energía . Helmholtz había aprendido leyendo las publicaciones de Joule, aunque finalmente Helmholtz terminó por reconocer la prioridad tanto de Joule como de von Mayer.
También en 1847, Joule hizo una presentación muy concurrida en la reunión anual de la Asociación Británica para el Avance de la Ciencia . Entre los asistentes se encontraba William Thomson . Thomson se mostró intrigado, pero al principio se mostró escéptico. Durante los dos años siguientes, Thomson se convenció cada vez más de la teoría de Joule, y finalmente admitió su convicción por escrito en 1851, al mismo tiempo que le daba crédito a von Mayer. Thomson colaboró con Joule, principalmente por correspondencia: Joule realizaba experimentos, Thomson analizaba los resultados y sugería más experimentos. La colaboración duró de 1852 a 1856. Sus resultados publicados hicieron mucho para lograr la aceptación general del trabajo de Joule y la teoría cinética .
Sin embargo, en 1848, von Mayer había visto por primera vez los documentos de Joule y escribió a la Academia de Ciencias francesa para reclamar la prioridad. Su carta fue publicada en Comptes Rendus y Joule reaccionó rápidamente. La estrecha relación de Thomson con Joule le permitió verse arrastrado a la controversia. La pareja planeó que Joule admitiera la prioridad de von Mayer para la idea del equivalente mecánico, pero que afirmara que la verificación experimental recaía en Joule. Los asociados, colaboradores y familiares de Thomson, como William John Macquorn Rankine , James Thomson , James Clerk Maxwell y Peter Guthrie Tait , se unieron para defender la causa de Joule.
Sin embargo, en 1862, John Tyndall , en una de sus muchas incursiones en la ciencia popular y muchas disputas públicas con Thomson y su círculo, dio una conferencia en la Royal Institution titulada On Force [1] en la que atribuyó a von Mayer la concepción y medición del equivalente mecánico del calor. Thomson y Tait se enojaron, y tuvo lugar un indigno intercambio público de correspondencia en las páginas de Philosophical Magazine y Good Words , bastante más popular . Tait incluso recurrió a defender la causa de Colding en un intento de socavar a von Mayer.
Aunque Tyndall volvió a presionar la causa de von Mayer en Heat: A Mode of Motion (1863) con la publicación del artículo Thermo-Dynamics de Sir Henry Enfield Roscoe en Edinburgh Review en enero de 1864, la reputación de Joule quedó sellada mientras que la de von Mayer entró en un período de oscuridad.
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