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 determinada cantidad 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 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 parte de James Prescott Joule y de Julius Robert von Mayer dio lugar a una disputa de prioridad .
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Benjamin Thompson , conde Rumford, había observado el calor por fricción generado por un cañón perforador en el arsenal de Munich, Baviera, alrededor de 1797. Rumford sumergió el cañón de un cañón en agua y preparó una herramienta perforadora especialmente desafilada. Demostró que el agua se podía hervir en aproximadamente dos horas y media y que el suministro de calor por fricción era aparentemente inagotable.
Basándose en sus experimentos, publicó " Una investigación experimental sobre la fuente del calor excitado por la fricción ", (1798), Philosophical Transactions of the Royal Society p. 102. Este artículo científico planteó un desafío sustancial a las teorías establecidas sobre el calor y dio inicio a la revolución de la termodinámica en el siglo XIX. 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 y, de forma independiente, por James Prescott Joule en 1843, en la principal revista de física británica. Ludwig A. Colding llevó a cabo un trabajo similar en 1840-1843, aunque el trabajo de Colding era poco conocido fuera de su Dinamarca natal.
Una colaboración entre Nicolas Clément y Sadi Carnot en la década de 1820 tenía algunas ideas relacionadas cercanas a las mismas líneas. [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 encontró un valor consistente 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 determinada cantidad 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 finalmente se comprendió 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 encontraron negligencia y resistencia iniciales a pesar de haber publicado en las principales revistas de física europeas, pero en 1847, muchos de los principales científicos de la época estaban prestando atención. Hermann Helmholtz en 1847 publicó lo que se considera una declaración definitiva de la conservación de la energía . Helmholtz había aprendido leyendo las publicaciones de Joule, aunque Helmholtz finalmente llegó a darle crédito a Joule y von Mayer por su prioridad.
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 estaba intrigado pero inicialmente escéptico. Durante los dos años siguientes, Thomson se convenció cada vez más de la teoría de Joule, y finalmente admitió su convicción en forma impresa en 1851, dando crédito simultáneamente a von Mayer. Thomson colaboró con Joule, principalmente por correspondencia; Joule realizó experimentos, Thomson analizó los resultados y sugirió nuevos experimentos. La colaboración duró de 1852 a 1856. Los resultados publicados contribuyeron en gran medida a lograr la aceptación general del trabajo de Joule y la teoría cinética .
Sin embargo, en 1848, von Mayer vio por primera vez los documentos de Joule y escribió a la Academia de Ciencias francesa para afirmar su prioridad. Su carta fue publicada en las 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 afirmara que la verificación experimental recaía en Joule. Los asociados, compañeros de trabajo 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 le dio crédito a von Mayer por haber concebido y medido el equivalente mecánico del calor. Thomson y Tait se enojaron y tuvo lugar un indigno intercambio público de correspondencia en las páginas de la Philosophical Magazine y en la bastante más popular Good Words . 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 la de von Mayer entraba en un período de oscuridad.
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