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Calor, temperatura y energía: el experimento de Joule

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Respuesta rápida

El calor es energía en tránsito; la temperatura mide la energía cinética promedio. Joule demostró que $4.15 \, \text{J}$ elevan $1 \, ^\circ\text{C}$ a $1 \, \text{g}$ de agua: esa cantidad es $1 \, \text{cal}$ .

📚 theory ciencias-naturales ⭐⭐ Dificultad 2/5 ⏱ 6 min lectura

Solución — Página 175

Colección Sk´asolil. Saberes y pensamiento científico. Libro de Educación Secundaria Grado 2° Ciclo Escolar 2025 - 2026

Análisis del contenido

La página es de tipo teórico y no presenta ejercicios con enunciado numerado. Se explican los siguientes conceptos:

Escalas termométricas: además de la escala Celsius, existen la de Gabriel Daniel Fahrenheit (1686-1736) y la de William Thomson Kelvin (1824-1907), quienes propusieron distintos puntos de referencia.
Experimento de Joule: entre 1840 y 1850, James Prescott Joule (1818-1889) demostró la relación entre energía térmica y energía cinética. En su dispositivo, unas pesas caen por gravedad y hacen girar una rueda de paletas que agita el agua; la agitación aumenta la temperatura del agua.
Unidades de calor: el joule (J) o julio mide el calor. Joule concluyó que se requieren $4.15 \, \text{J}$ para elevar $1 \, ^\circ\text{C}$ la temperatura de $1 \, \text{g}$ de agua a nivel del mar. Ese valor se conoce como caloría.
Equivalencias: $1 \, \text{kcal} = 1000 \, \text{cal}$ ; en los alimentos la energía se registra en kilojoules (kJ) o kilocalorías (kcal).
Calor y temperatura: el calor es energía en movimiento que se transfiere de un cuerpo con mayor temperatura a otro con menor temperatura. Los materiales conductores y aislantes (vidrio, poliestireno expandido o unicel) permiten controlar esa transferencia.

Respuesta orientativa: El calor es energía térmica en tránsito, mientras que la temperatura es una medida de la energía cinética promedio de las partículas. El experimento de Joule demostró que el trabajo mecánico (energía cinética de las pesas) puede transformarse en energía térmica, elevando la temperatura del agua.

Contenido de la página

Otras escalas para medir la temperatura son las del alemán Gabriel Daniel Fahrenheit (1686-1736) y la del irlandés William Thomson Kelvin (1824-1907), quienes propusieron distintos puntos de referencia.

El físico inglés James Prescott Joule (1818-1889) llevó a cabo entre los años 1840 y 1850 una serie de experimentos que le permitieron establecer la relación entre energía térmica y energía cinética. Con ellos pudo comprobar que una variación específica en la temperatura es producto de determinada cantidad de energía cinética añadida al sistema.

En el interior del dispositivo (que se muestra en la imagen), Joule colocó una rueda de paletas unidas a unas pesas. Cuando las pesas caen por efecto de la gravedad, hacen girar la rueda que agita el agua. La agitación provoca un aumento en la temperatura del agua.

El joule (J), o julio, es la unidad con la que se mide el calor. Luego de muchos experimentos, Joule concluyó que se requieren 4.15 J para generar la cantidad de calor necesaria para aumentar 1 °C la temperatura de 1 g de agua a nivel del mar, valor que conocemos como caloría.

En los empaques de alimentos es común encontrar información acerca de su contenido energético. Para los alimentos, este registro está en kilojoules (kJ) o en kilocalorías (kcal), que equivalen a 1000 cal.

Existe una relación entre el calor y la temperatura, porque el calor es energía en movimiento que se transfiere de un cuerpo con mayor temperatura a otro con menor temperatura. Conocer distintos materiales conductores y aislantes nos permite entender por qué la cubierta de un invernadero generalmente está fabricada con vidrio o algún otro aislante, o por qué al construir una vivienda se emplea poliestireno expandido, también llamado unicel, un material que impide que las viviendas transfieran su calor al exterior cuando hace frío.

Ejemplos resueltos

Si un alimento aporta $250 \, \text{kcal}$ , ¿a cuántos joules equivale?

Convertir kcal a cal: $250 \, \text{kcal} \times 1000 = 250000 \, \text{cal}$ .
Convertir cal a J: $250000 \, \text{cal} \times 4.15 \, \text{J/cal} = 1037500 \, \text{J}$ .

Respuesta: $250 \, \text{kcal} = 1.0375 \times 10^{6} \, \text{J}$ .

Tabla

Unidad	Equivalencia
1 cal	4.15 J
1 kcal	1000 cal
1 kJ	1000 J

Diagrama

flowchart TD
    A[Pesas caen por gravedad] --> B[Giran la rueda de paletas]
    B --> C[Agitan el agua]
    C --> D[Aumenta la temperatura del agua]
    D --> E[Se transforma energía cinética en energía térmica]

Fórmulas y ecuaciones

1 $\$ , $\text{cal}$ = 4.15 $\$ , $\text{J}$

1 $\$ , $\text{kcal}$ = 1000 $\$ , $\text{cal}$

1 $\$ , $\text{cal}$ = 4.15 $\$ , $\text{J}$

1 $\$ , $\text{kcal}$ = 1000 $\$ , $\text{cal}$

1 $\$ , $\text{kJ}$ = 1000 $\$ , $\text{J}$

Glosario (7)

Calor: Energía en movimiento que se transfiere de un cuerpo con mayor temperatura a otro con menor temperatura.
Temperatura: Magnitud que indica la energía cinética promedio de las partículas de un cuerpo.
Joule (J): Unidad del Sistema Internacional con la que se mide el calor y la energía.
Caloría (cal): Cantidad de calor necesaria para elevar 1 °C la temperatura de 1 g de agua a nivel del mar; equivale a 4.15 J.
Kilocaloría (kcal): Unidad equivalente a 1000 calorías, usada para expresar el contenido energético de los alimentos.
Conductor térmico: Material que permite el paso del calor con facilidad.
Aislante térmico: Material que impide o dificulta la transferencia de calor, como el vidrio o el unicel.

Preguntas para practicar

¿Por qué el calor es energía en movimiento y no una propiedad fija de los cuerpos?

Porque el calor solo existe mientras se transfiere de un cuerpo con mayor temperatura a otro con menor temperatura. No es algo que un cuerpo 'tenga' almacenado, sino energía térmica en tránsito. Cuando cesa la diferencia de temperatura, cesa la transferencia de calor.

¿Por qué se usa unicel o vidrio en invernaderos y viviendas?

Porque son materiales aislantes que dificultan la transferencia de calor. El vidrio del invernadero retiene el calor del interior, y el unicel de las viviendas impide que el calor interno escape hacia el exterior cuando hace frío.

Temas y conceptos clave

Escalas termométricasExperimento de JouleCalor y temperaturaUnidades de energía térmicaMateriales conductores y aislantesCalorTemperaturaEnergía térmicaEnergía cinéticaJouleCaloríaConductor térmicoAislante térmico

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Figuras de la página (2)

Esquema del dispositivo de Joule: un termómetro, un metro, una rueda de paletas dentro de un recipiente con agua y dos pesas (Pesa 1 y Pesa 2) unidas por cuerdas a la rueda. — Figura 1 image

Etiqueta de información nutricional de un alimento que muestra porciones por envase, contenido energético en kcal y kJ, proteínas, grasas, carbohidratos, fibra, sodio, vitaminas y calcio. — Figura 2 image

Preguntas que la gente también hace

¿Cuál es la diferencia entre calor y temperatura?

Consulta la solución completa arriba o explora el libro entero para temas relacionados.

¿Cómo demostró Joule la equivalencia entre trabajo y calor?

Consulta la solución completa arriba o explora el libro entero para temas relacionados.

¿Cuántos joules se necesitan para elevar la temperatura de 1 g de agua en 1 °C?

Consulta la solución completa arriba o explora el libro entero para temas relacionados.

📌 Antes de leer esto

• Concepto de energía y sus transformaciones
• Noción de temperatura y uso del termómetro
• Unidades de masa y volumen

Siguiente tema sugerido

Transferencia de calor: conducción, convección y radiación

📝 Transcripción de la página (texto seleccionable) 1944 caracteres

El fisico inglés James Prescott Joule (1818-1889) llevó a cabo entre los anos 1840 y 1850 una serie de experimentos que le permitieron establecer la relación entre energía térmica y energia cinética. Con ellos pudo comprobar que una variación específica en la temperatura es producto de determinada cantidad de energía cinética anadida al sistema.

El joule (J), o julio, es la unidad con la que se mide el calor. Luego de muchos experimentos,Joule concluyó que se requieren 4.15 J para generar la cantidad de calor necesaria para aumentar 1 C la temperatura de 1 g de agua a nivel del mar, valor que conocemos como caloria.

Existe una relación entre el calor y la temperatura, porque el calor es energia en movimiento que se transfiere de un cuerpo con mayor temperatura a otro con menor temperatura. Conocer distintos materiales conductores y aislantes nos permite entender por qué la cubierta de un invernadero generalmente está fabricada con vidrio o algún otro aislante, o por qué al construir una vivienda se emplea poliestireno expandido, también llamado unicel, un material que impide que las viviendas transfieran su calor al exterior cuando hace frio.

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