Como o trabalho mecânico libera calor? James Prescott Joule desenvolveu ideias revolucionárias sobre energia e temperatura, estabelecendo o Equivalente Mecânico do Calor, que inclui uma constante descrevendo a conversão do calor em trabalho mecânico.
A unidade internacional de energia, o Joule, foi estabelecida em sua homenagem. Faleceu, depois de anos de prolongada doença, em 11 de outubro de 1889 em Sale, Inglaterra, aos 70 anos.
Logo passou a fazer experiências com eletricidade e magnetismo em um laboratório construído na cada de seu pai em Pendlebury, fascinado com a possibilidade de que o eletro-magnetismo viesse a ser útil como fonte de energia industrial. Passou a observar a eletricidade, o calor e a energia mecânica e suas transformações.
Em 1840, Joule publicou um artigo na revista Atas da Royal Society descrevendo a primeira das leis com as quais está associado. Chamada hoje de Lei de Joule, estabelece que o calor é produzido num condutor elétrico. Nos experimentos prévios, simplesmente colocou bobinas de diferentes tipos de metal em jarras de água, medindo a mudança de temperatura.
Em 1843, expôs o seu trabalho “Sobre os Efeitos Caloríficos da Magneto-Eletricidade e sobre o Valor Mecânico do Calor”. Determinou uma constante física, hoje conhecida como “J” ou o “Equivalente de Joule” e demonstrou que o calor é uma forma de energia.
Joule levou a cabo exatas experiências adicionais sobre o valor do “J”, determinada pela fricção da água a fim de minimizar as flutuações de temperatura. Usou termômetros minuciosamente exatos, fabricados por JB Dancer, conhecido fabricante de instrumentos científicos de Manchester, e um microscópio portátil para registrar a escala de cada termômetro precisamente.
Em 1847 encontrou-se com William Thomson – mais tarde Lord Kelvin -, professor de Filosofia Natural na Universidade de Glasgow. Este conhecimento logo se transformou numa duradoura amizade.
Paola Orlovas
A unidade internacional de energia, o Joule, foi estabelecida em sua homenagem
Joule publicou os resultados de experiências adicionais na produção de calor por fricção em 1850 e deu ainda maior precisão a sua constante. Fez também uma detalhada descrição da construção mecânica dos sistemas experimentais e o desenho da roda de pedal para agitar a água assim como um relato minucioso e preciso da experiência.
Após trabalhar com Thomson entre 1852 e 1859, descreveu o efeito Joule-Thomson, através do qual um gás em expansão é resfriado assim que se termina de separar as moléculas.
O sucesso de Joule no desenvolvimento de uma estrutura conceitual acerca da energia deve muito as suas consideráveis habilidades na experimentação. Não foi o primeiro a determinar o equivalente mecânico do calor.
O conde Rumford havia estabelecido um valor totalmente inexato, trabalhando na Bavária nos anos 1790. Joule firmou seu prestígio com uma ampla variedade de cuidadosos dados experimentais. Foi também inventor. Entre suas várias invenções constam o ‘arc’ ou solda elétrica e a bomba de deslocamento positivo, ou bomba volumétrica.
A experiência da roda de pedal sobre a fricção da água foi reconstituída por pesquisadores da Universidade de Oldenburg, na Alemanha, entre 1990 e 1992, baseada na descrição de Joule de 1850 e com o emprego do aparato original.
Esta pesquisa comprovou a extensão das habilidades de Joule em precisar e ler efeitos e dados e em calcular o calor específico dos metais utilizados, tudo inspirado em sua experiência no emprego de termômetros e nas condições de trabalho na elaboração da cerveja na cervejaria de seu pai.
Outros fatos marcantes da data:
11/10/1802 – Jacxques Garnerin patenteia o paraquedas
11/10/1962 – Papa João XXIII inicia a modernização da Igreja Católica
11/10/1939 – Revelada carta de Einstein a Roosevelt sobre bomba atômica
(*) A série Hoje na História foi concebida e escrita pelo advogado e jornalista Max Altman, falecido em 2016.