Aprire la porta all'unità dell'energia

Prima della metà del XIX secolo, si credeva generalmente che il calore fosse una sostanza chiamata 'calorico', senza alcun legame con il moto meccanico. Tuttavia,James Prescott Jouleattraverso esperimenti rigorosi durati 40 anni, ha completamente demolito questa ipotesi. Il suo scopo fondamentale fu:lavoro e calore sono perfettamente equivalenti nel modificare l'energia interna di un sistema.

I due esperimenti fondamentali di Joule

• Esperimento 1: Conversione diretta dell'energia meccanica: come mostrato nella Figura 3.1-1, in un contenitore adiabatico, un peso cade facendo lavoro tramite palette agitanti. Joule scoprì che, se lo spostamento del peso era uguale, l'aumento di temperatura dell'acqua $\Delta T$ era sempre identico. Ciò dimostra cheil lavoro può produrre effetti identici al trasferimento di calore.
• Esperimento 2: Diversità dei percorsi di conversione: come mostrato nella Figura 3.1-2, il peso aziona un generatore per produrre corrente elettrica, che poi riscalda un resistore. Nonostante il complesso processo di conversione 'energia meccanica → energia elettrica → energia interna', la relazione quantitativa tra i cambiamenti energetici rimane inalterata.

La grandezza di Joule risiede nel fatto che non solo osservò questi fenomeni, ma anche attraverso migliaia di ripetizioni sperimentali determinò il 'valore equivalente di calore-lavoro': ovvero, quanto lavoro in joule (J) è necessario per produrre 1 caloria (cal) di calore. Questo ha gettato le basi sperimentali perla legge di conservazione dell'energiala transizione da considerazioni filosofiche a una legge fisica rigorosa.