3.7: Trabajo de Eje

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Howard DeVoe
University of Maryland

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El trabajo del eje se refiere a la energía transferida a través del límite por un eje giratorio.

El aparato completo se representa en la Fig. 3.13. En uso, dos pesos de plomo se hundieron y provocaron que la rueda de paletas girara. Joule evaluó el trabajo de agitación realizado en el sistema (el recipiente, su contenido y la tapa) a partir del cambio de la posición vertical\(h\) de los pesos. A una primera aproximación, este trabajo es el negativo del cambio de la energía potencial de los pesos:\(w = -mg\Del h\) donde\(m\) está la masa combinada de los dos pesos. Joule hizo correcciones para la energía cinética ganada por los pesos, la fricción en las cuerdas de conexión y los cojinetes de las poleas, la elasticidad de las cuerdas y la ganancia de calor del aire que rodea el sistema.

Un experimento típico realizado por Joule se describe en Prob. 3.10. Sus resultados para el equivalente mecánico del calor, basados en 40 experimentos de este tipo a temperaturas promedio en el rango\(13{\thinspace}\degC\)\(16{\thinspace}\degC\) —y expresados como el trabajo necesario para aumentar la temperatura de un gramo de agua en un kelvin, fue\(4.165\units{J}\). Este valor es cercano al valor moderno de\(4.1855\units{J}\) para la “\(15{\thinspace}\degC\)caloría”, la energía necesaria para elevar la temperatura de un gramo de agua de\(14.5{\thinspace}\degC\) a\(15.5{\thinspace}\degC\).

La caloría termoquímica (cal), frecuentemente utilizada como unidad de energía en la literatura más antigua, se define como\(4.184\units{J}\). Así\(1\units{kcal} = 4.184\units{kJ}\).