Efecto Joule

El Efecto Joule

Introducción:

En el Efecto Joule se basa el funcionamiento de diferentes electrodomésticos como los hornos, las tostadoras, las calefacciones eléctricas, y algunos aparatos empleados industrialmente como soldadoras, etc. en los que el efecto útil buscado es precisamente el calor que desprende el conductor por el paso de la corriente.

Fundamento Teórico:

EL EFECTO JOULE

Efecto Joule es la producción de calor en un conductor cuando circula una

corriente eléctrica a través del mismo. La energía eléctrica se transforma en

energía térmica debido a los continuos choques de los electrones móviles contra los iones metálicos del conductor, produciéndose un intercambio de energía cinética, que provoca un aumento de temperatura del conductor.

El efecto Joule se interpreta considerando todos los procesos energéticos que tienen lugar. En el generador se crea un campo eléctrico a expensas de energía química o mecánica. Esta energía se emplea en acelerar los electrones del metal, comunicándoles energía cinética. Los electrones pierden parte de esta energía en los inevitables choques con los átomos que constituyen el metal; estos átomos pueden oscilar alrededor de sus posiciones de equilibrio en la red metálica, y al incrementar su energía cinética de oscilación o de vibración se eleva la temperatura del conductor.

De entre la innumerable cantidad de experimentos realizados por Joule en su afán de encontrar el equivalente mecánico del calor, descubrió que cada vez que circula una corriente por una resistencia, ésta convierte la energía eléctrica en energía térmica.

Los sólidos tienen generalmente una estructura cristalina, ocupando los átomos o moléculas los vértices de las celdas unitarias, y a veces también el centro de la celda o de sus caras. Cuando el cristal es sometido a una diferencia de potencial, los electrones son impulsados por el campo eléctrico a través del sólido debiendo en su recorrido atravesar la intrincada red de átomos que lo forma. En su camino, los electrones chocan con estos átomos perdiendo parte de su energía cinética, que es cedida en forma de calor.

DE ENERGÍA ELÉCTRICA A ENERGÍA CALORÍFICA

Este efecto fue definido de la siguiente manera: "La cantidad de energía calorífica producida por una corriente eléctrica, depende directamente del cuadrado de la intensidad de la corriente, del tiempo que ésta circula por el conductor y de la resistencia que opone el mismo al paso de la corriente". Matemáticamente se expresa como:

POTENCIA DISIPADA

La potencia disipada por efecto Joule será:

En definitiva, el efecto Joule provoca una pérdida de energía eléctrica, la cual se transforma en calor, estas pérdidas se valoran mediante la siguiente expresión:

Este efecto es aprovechado en aparatos caloríficos, donde estas pérdidas se transforman en energía calorífica, que se expresa por la letra Q, y se mide en calorías.

RESISTENCIA DE UN CONDUCTOR

La resistencia de un cable conductor depende de tres factores fundamentales:

Material

Longitud

Sección.

La expresión matemática es la siguiente:

Si reemplazamos esta última ecuación en las tres ecuaciones anteriores

obtendremos el calor en función a las características que presenta el conductor (área longitud, resistividad).

EXPLICACIÓN DE LA CONSTANTE (δ )

Viene dada por el material, se mide en "ohmios por milímetro cuadrado partido de metros", y cuanto menor es su valor mejor conductor es el material. Otroparámetro importante es la conductividad, que no es más que la inversa de laresistividad. Valores de estas constantes para los dos materiales más usados:

Cobre:

Conductividad: 56

Resistividad: 0,0178

...