Experiência de Joule

James Prescott Joule nasceu em 1818, em Salford, Inglaterra. Filho de um próspero cervejeiro, pôde se dedicar a uma vida de investigação, sem se preocupar com dinheiro. Joule realizou diversas pesquisas que contribuíram para a elaboração conceitual do princípio da conservação da energia.

Durante um período de sua vida, Joule dedicou-se à construção de diversos experimentos, com o objetivo de demonstrar que com a diminuição da energia mecânica haveria transferência de certa quantidade de energia (calor) em igual valor.

Seu invento mais conhecido consistia em um dispositivo no qual duas massas presas por um fio passavam por duas roldanas, conforme mostra a figura acima.

De acordo com o movimento de descida das massas, o sistema de aletas girava fazendo com que a temperatura da água no interior do recipiente aumentasse. Como as áreas de contato eram bem lubrificadas, a diminuição da energia potencial gravitacional das massas fazia com que a água ficasse mais “agitada”, isto é, havia um aumento de sua energia cinética.

A partir do momento em que as massas parassem, a água entraria em repouso. Joule observou que a temperatura da água aumentava e isso correspondia a um aumento de sua energia interna. Em outras palavras, o trabalho realizado pela força da gravidade era convertido em aumento da energia interna.

Joule pôde estabelecer uma relação entre o trabalho e a quantidade de energia transferida na forma de calor (ou o equivalente mecânico do calor, como também é denominado). Dessa forma, determinou, pelas massas, a variação de altura e o trabalho realizado pela força da gravidade; e calculou, pelo ΔQ, a variação da energia interna sofrida pela água. Ele estabeleceu que 4180 J de energia correspondiam a 1000 cal, ou seja, 1 cal equivale a 4,18 J.