Experiência de Joule

Experiências de Joule. Equivalência trabalho-calor
Nos séculos XVII e XVIII havia uma forte corrente de opinião a favor de uma teoria mecânica do calor mas faltavam ainda elementos experimentais para a consubstanciar.
Foi Mayer (1814-1878) o primeiro que admitiu a existência dessa relação e James Prescott Joule (1818-1889) quem o confirmou experimentalmente.

Joule verificou que, para um certo valor de energia mecânica que fazia funcionar um dínamo, era sempre o mesmo valor de calor produzido pela corrente eléctrica fornecida pelo dínamo. (Um dínamo é um dispositivo que possui um íman em movimento de rotação dentro de uma bobina de fio espiralado, induzindo esse movimento uma corrente eléctrica no fio condutor, corrente essa que muda de sentido em cada meia volta do íman, designando-se por isso de corrente alterna, corrente essa que faz aquecer o fio onde ela é induzida – efeito de Joule)
Joule levou então a cabo experiências com o propósito de demonstrar esta equivalência, as experiências das palhetas girando dentro de um líquido, como a água.
Deixavam-se cair dois corpos, de massas M1 e M2, de uma altura h, ligados por fios inextensíveis e de massas desprezáveis a um eixo que fazia girar várias palhetas dentro de água de um calorímetro, que possui um termómetro a ele ligado, devido à diminuição da energia mecânica dos corpos, produzindo-se o aquecimento desta.
Para simplificar o raciocínio vamos supor, no que se segue, que cada corpo só caiu uma vez e vamos supor também que só a água aquece. (Não podemos esquecer todavia que o calorímetro que a contém, o termómetro e as palhetas também aquecem. Só que o elevado valor da capacidade térmica mássica da água justifica essa aproximação).
A conclusão a que chegou foi de que se podia considerar constante a razão entre e , ou seja de que é constante a razão entre trabalho e calor, tal que:

em que é uma constante (a letra foi usada para homenagear Joule) cujo valor é 4,1855 J cal-1.
Até durante uma visita à