Efecto Joule

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 debido a los choques que sufren con los átomos del material conductor por el que circulan, elevando la temperatura del mismo. El nombre es en honor a su descubridor, el físico británico James Prescott Joule

El movimiento de los electrones en un cable es desordenado, esto provoca continuos choques entre ellos y como consecuencia un aumento de la temperatura en el propio cable.

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.).

EJEMPLO.
Un secador de pelo tiene una potencia de 1000 W cuando está conectado a 220 V. Calcula:
a) La resistencia interna del secador.
b) La intensidad de corriente máxima que puede soportar el secador.
c) La energía consumida cuando se ha usado el secador durante seis minutos.

Solución :

a) R = 48,4 Ohms
b) I = 4,54 A
c) E = 359 568 J

Experimento:

ObjetivoHacer una lámpara casera y entender el principio de la física que rige su funcionamiento.

Materiales
* Tubo de plástico
* 8 Baterías de 1,5V
* Cinta adhesiva
* 60 cm de conductor eléctrico
* 2 Pinzas cocodrilo
* 2 Clips o sujetadores
* 1 Mina de lápiz
* 1 Frasco de vidrio
* 1 Plato

Si tienes una batería de automóvil o motocicleta, obviamente puedes utilizarla en vez de las baterías de 1,5V. Como verás en el video, utilizan un tubo de cartón. Nosotros necesitamos que el tubo no se dañe con el agua, pero si no tienes uno de plástico no te preocupes, puedes tomar uno de cartón y pintarlo con cola de pegar. Cuando ésta seque, quedará impermeabilizado.

Procedimiento
Su utilizas las baterías o pilas de 1,5 voltios, lo primero que debes hacer es colocarlas en serie. Para lograr ésto, colocas una seguida de la otra y las sujetas con con cinta adhesiva. Al final te quedarán 2 extremos, un polo positivo y uno negativo.

Para seguir con este experimento de física, corta dos trozos de conductor de 30 cm de longitud y “pela” sus extremos. Coloca una pinza cocodrilo en un extremo de cada conductor. Ahora tomas eso y los pegas en el tubo de cartón como se muestra en el video. Los clips o sujetadores los aprietas con las pinzas.

Sobre estos sujetadores colocaremos con mucho cuidado, una mina de lápiz (las que utilizan los portaminas). Todo ésto lo ubicamos sobre el plato y lo tapamos con el frasco. Ahora agregamos un poco de agua en el plato, la suficiente como para que selle la entrada de aire hacia el frasco.

Para terminar con nuestra lámpara casera, debemos conectar los extremos de los conductores a las baterías. Como verás, la mina se pondrás incandescente y emitirá luz debido a su altísima temperatura.