Efecto Joule

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Se conoce como efecto Joule al fenómeno irreversible por el cual si en un conductor circula corriente eléctrica, parte de la energía cinética de los electrones se transforma en calor[1] [2] debido a los choques que sufren con los átomos del material conductor por el que circulan, elevando la temperatura del mismo. El movimiento de los electrones en un cable es desordenado, esto provoca continuas colisiones con los núcleos atómicos y como consecuencia una pérdida de energía cinética y un aumento de la temperatura en el propio cable.

El nombre es en honor a su descubridor, el físico británico James Prescott Joule.

Historia[editar]

El calentamiento resistivo fue estudiado primero por James Prescott Joule en 1841 e, independientemente, por Heinrich Lenz en 1842.[3] Joule sumergió un trozo de alambre en una masa fija de agua y midió el aumento de temperatura causada por el paso de una corriente conocida que fluyó a través del alambre durante un período de 30 minutos. Mediante la variación de la corriente y la longitud del alambre dedujo que el calor producido era proporcional al cuadrado de la corriente multiplicada por la resistencia eléctrica del alambre.

Efecto Joule[editar]

Este efecto es utilizado para calcular la energía disipada en un conductor atravesado por una corriente eléctrica de la siguiente manera:

La potencia P disipada en un conductor es igual a la diferencia de potencial V a la que está sometido multiplicada por la intensidad de corriente I que lo atraviesa. La energía desarrollada E es el producto de la potencia P por el tiempo t transcurrido, luego la energía E es el producto de la tensión V por la intensidad I y por el tiempo t.

Si a esta expresión añadimos la Ley de Ohm tendremos:

La energía desarrollada es igual al cuadrado de la intensidad por la resistencia y por el tiempo, o lo que es lo mismo, el cuadrado de la tensión dividido por la resistencia y por el tiempo.

Microscópicamente el efecto Joule se calcula a través de la integral de volumen del campo eléctrico por la densidad de corriente :

La resistencia es el componente que transforma la energía eléctrica en calor, (por ejemplo un hornillo eléctrico, una estufa eléctrica, una plancha, etc.).

Aplicaciones[editar]

El efecto Joule se utiliza en incontable número de aparatos y procesos industriales. La parte del aparato que convierte la energía eléctrica en calor mediante el efecto Joule se llama elemento de calefacción.

Galería: Diferentes aplicaciones del efecto Joule.
Calentadores de alimentos  
Ventiladores calefactados  

Hay muchos usos prácticos del efecto Joule:

  • Una lámpara incandescente se ilumina cuando el filamento se calienta por efecto Joule.
  • Las estufas eléctricas usualmente trabajan por efecto Joule.
  • Los fusibles eléctricos se basan en el hecho de que si se excede el flujo de corriente, se generará suficiente calor para fundir el fusible.
  • Los cigarrillos electrónicos trabajan generalmente por calentamiento Joule, vaporizando propilenglicol y glicerina vegetal.
  • Los termistores son resistencias cuya resistencia cambia cuando cambia la temperatura. Estos se utilizan a veces en combinación con el calentamiento Joule: Si una gran corriente se envía a través del termistor, se eleva la temperatura del dispositivo y por lo tanto sus cambios de resistencia. Si el dispositivo tiene un coeficiente de temperatura positivo de la resistencia (PTC), el aumento de temperatura causa una caída en la corriente, haciendo que el dispositivo útil en un papel de protección de circuito similar a los fusibles, o para la reacción en los circuitos, o para muchos otros propósitos. En general, el auto-calentamiento puede convertir en una resistencia de un elemento de circuito no lineal y de histéresis.

Véase también[editar]

Enlaces externos[editar]

Referencias[editar]

  1. Santamaría, Germán (2009). «1». Electrotecnia. EDITEX, S.A. p. 31. ISBN 9788497715362. 
  2. Fouille, André (1979). «8». Compendio de Electrotécnia. MARCOMBO, S.A. p. 80. ISBN 9788426703606. 
  3. Джоуля — Ленца закон. Большая советская энциклопедия, 3-е изд., гл. ред. А. М. Прохоров. Москва: Советская энциклопедия, 1972. Т. 8 (A. M. Prokhorov, ed. (1972). «Joule–Lenz law». Great Soviet Encyclopedia (en ruso) 8. Moscú: Soviet Encyclopedia. )