LEY DE JOULE
LEY DE JOULE:- Trabajo y Calor:- Siempre que una comente
de electrones fluye por una resistencia se produce calor; este calor es
originado por las colisiones (choques) de los electrones libres que se mueven
por el conductor contra los átomos relativamente fijos que constituyen la
estructura cristalina del citado conductor. Dichas colisiones aumentan la
energía cinética ó térmica de los átomos del conductor y por consiguiente su
temperatura se eleva; mientras más corriente fluya mayor será el aumento
de la energía térmica del conductor y por consiguiente mayor será el calor
liberado.
El calor producido por la corriente eléctrica que fluye
través de un conductor es una medida del
trabajo hecho por la corriente venciendo la Resistencia
del conductor; la energía requerida para este trabajo es suministrada por una
fuente, mientras más calor produzca mayor será el trabajo hecho por la
corriente y por consiguiente mayor será la energía suministrada por la fuente;
entonces, determinando cuanto calor se produce se puede determinar cuanta
energía suministra la fuente y viceversa (esto es totalmente cierto si se
produce calor solamente y no otro tipo de trabajo mecánico ó químico).
El físico ingles James Presccott Joule (1818- 1889), se
interesó en éste problema y en 1840 publicó su famoso escrito sobré;" La
producción de calor por la Electricidad Voltaica" que detallaba el
resultado de sus experimentos con basé en los "mismos enunció una ley (Ley
de Joule) de la siguiente forma: " El calor total desarrollado en un
conductor es directamente proporcional a la
Resistencia, al cuadrado de la corriente y al tiempo que
dure el flujo de la corriente". Expresado como fórmula Tenemos:
La cantidad total de calor H debe ser igual a la cantidad
total de energía eléctrica consumida, por el principio conservación de la
energía: energía eléctrica W consumida igual a la energía térmica
producida, ó: H = W=I2xR
El trabajo total realizado para mover una carga eléctrica
se determina por el producto de la carga por la tensión necesaria para mover
esa carga, es decir: W = QxE, donde W = es el trabajo realizado
por la corriente, Q = carga en movimiento y E= tensión aplicada al
circuito; como Q=Ixt, lo sustituimos en la fórmula, y por Ley de Ohm
sustituimos el equivalente de la tensión que es = I x R, entonces tenemos: W
=I x IxR xt = I2 x Rxt, que expresa la cantidad
total de trabajo efectuada, por la corriente eléctrica.La Ley de Joule expresa
la energía en Joules; puesto que el calor se mide usualmente en calorías, es
conveniente conocer cuántos joules se producen por cada caloría de energía, para
ello el Sr. Joule definió en 1841 el equivalente eléctrico del calor medido en
calorías, de la siguiente forma:
H= 0.239.xI2 xR xt= calorías, es decir, que un joule =
0.239 calorías y una caloría = 4.18 joules.
Aplicación de la Ley de Watt: ¿Cuál es la potencia
requerida para mover un motor que toma 15 amperios de la línea, conectado a 120
voltios en sus terminales? Solución: P = E x l = 120xl5=l, 800 Watts.
Ejemplo: Un generador con un voltaje terminal de 220 voltios
envía una corriente de 0.5 amperios a través de una lámpara que tiene una
resistencia de 440 ohmios, ¿Cuál será la potencia requerida por dicha
lámpara?:
Solución: por medio de todas las variantes:
1.- P = E x I = 220 x 0.5 =
110 Watts
2.- P = I2 R = (0.5)2 x 440 = .25 x 440
= 110 Watts
3.- P = E2 / R = 2202 /440 = 48400/ 440
= 110 Watts
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 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:
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:
LEY DE OHM: VOLTAJE, CORRIENTE Y RESISTENCIA
La ley de Ohm expresa la relación que existe entre voltaje
(V),
la corriente (I) y la resistencia (R) en un circuito eléctrico de DC.
Estableciendo la fórmula V=R*I.
Dichas relaciones establecen que:
Si se eleva V, aumentará I.
Si se reduce V, disminuirá I.
Si se aumenta R, disminuirá I.
Si se reduce R, aumentará I.
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