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LEY DE 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 continuas colisiones con los núcleos atómicos y como consecuencia una pérdida de energía cinética y 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:

Energía eléctrica; Es la capacidad que poseen los cuerpos de producir trabajo.

Potencia eléctrica; Es la cantidad de energía consumida por un aparato o elemento eléctrico en cada segundo.

Calor ; Es la transformación de la energía

ENUNCIADO La ley de Joule enuncia que : " El calor que desarrolla una corriente eléctrica al pasar por un conductor es directamente proporcional a la resistencia, al cuadrado de la intensidad de la corriente y el tiempo que dura la corriente "

1. La cantidad de calor originada por una corriente eléctrica es directamente proporcional a la resistencia ohmica.

W = R · I 2 · t R = Resistencia ohmica (W) I = intensidad de corriente (A)

t = Tiempo (seg) W = Trabajo (Joules)

2. La cantidad de calor es directamente proporcional al cuadrado de la intensidad de la corriente eléctrica

Q = R · I 2 · t Q = Joules

3.- La cantidad de calor es directamente proporcional al tiempo que dura el escurrimiento de los electrones

Q = .24 R · I 2 · t Q = Calorías

Energía eléctrica = trabajo = W

W = R · I 2 · t

- Esta ley o fórmula es a lo que se le conoce como ley de Joule teniendo en cuenta que 1J = 0.24 calorías, de aquí podemos desprender que el calor de un elemento es

Q = .24 R · I2 · t

De donde podemos concluir que la potencia medida quedaría representada de la siguiente manera

W V · I · t

P = ------ = -------------------------- = V · I

t t

P = V · I

Pero recordando que la ley de Ohm y sustituyendo en la ecuación de la potencia esto nos quedaría de la siguiente manera

P = V · I = ( R · I ) I = R · I2 = R ( V / R )2 = V2 / R

En donde la potencia se expresa en Watts.

KW = 1000 Watts

Ejemplo

¿Qué cantidad de calor desprenderá una bombilla de 60W y 220V encendida durante 3 minutos?

Como el calor desprendido depende de la intensidad, la resistencia y el tiempo, calcularemos cada uno de los parámetros.

De la potencia podemos despejar la intensidad:

Con la ley de Ohm determinamos la resistencia de la bombilla:

Expresamos el tiempo en segundos

Y aplicando la ecuación de la ley de Joule obtenemos el calor desprendido.

Código desarrollado en c++ para la resolución de ejercicios 

Diagrama de Flujo

EJERCICIOS DE APLICACIÓN.

EJERCICIO 1

Por una resistencia de 30 Ω de una plancha eléctrica circula una corriente de 4 A, al estar conectado a una diferencia de potencial de 120 V. ¿Qué cantidad de calor produce en 5 minutos?   Q = 0.24 *I2* R *t  Q = 0.24 * (4A)2 * 30 Ω * 300 s   Q = 34560 cal

EJERCICIO 2:

Por una resistencia eléctrica de hierro de 20 Ω circula una corriente de 5 A de intensidad. Hallar el calor en cal, desprendido durante 30 s.