TECNOLOGICO DE ESTUDIOS SUPERIORES DE TIANGUISTENCO

EFECTO JOULE

Luis C. Vara SerranoIvan Hernandez Gil

EFECTO JOULE

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Se conoce como Efecto Joule al fenómeno 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.

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• La resistencia es la componente que transforma la energía eléctrica en energía calorífica, por ejemplo en un horno eléctrico, una tostadora, un hervidor de agua, una plancha, etc. El efecto Joule puede predecir la cantidad de calor que es capaz de entregar (disipar) una resistencia.

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El efecto Joule establece que la cantidad de energía calorífica (Qc) producida por una corriente eléctrica depende directamente del cuadrado de la intensidad de corriente (I), del tiempo (t) que esta circula por el conductor y de la resistencia (R) que opone el mismo al paso de la corriente. Matemáticamente esto es:

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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: , siendo Q = energía calorífica producida por la corriente expresada en Julios I = intensidad de la corriente que circula R = resistencia eléctrica del conductor t = tiempo

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Recordar que la energía se expresa en Joules (símbolo J).La fórmula para determinar la potencia de una carga resistiva (a menudo denominada ley de Joule), está dada por:

La cual se obtiene de relacionar la ley de Watt con la ley de Ohm, y nos permite determinar la potencia disipada por un equipo eléctrico.

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APLICACIONES DEL EFECTO JOULETodos los dispositivos eléctricos que se utilizan para calentamiento se basan en el efecto Joule, es decir, estos aparato consisten esencialmente en una resistencia que se calienta al ser recorrida por la corriente.

Las lámparas de incandescencia (o de filamento incandescentes), como la lámpara de tungsteno, conocida comúnmente como bombilla de luz, también constituyen una aplicación del efecto Joule. Sus filamentos de tungsteno, que es un metal cuyo punto de fusión es muy elevado, al ser recorridos por una corriente eléctrica, se calientan y pueden alcanzar altas temperaturas (casi 2 500 ºC), volviéndose incandescentes y emitiendo una gran cantidad de luz.

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Otra aplicación del efecto Joule se encuentra en la construcción de fusibles, elementos que se emplean para limitar la corriente que pasa por un circuito eléctrico; por ejemplo, en un automóvil, una casa, un aparato electrodoméstico, etc. Estos dispositivos están constituidos por una tirilla metálica, generalmente de plomo, el cual tiene un punto de fusión bajo; de esta manera, cuando la corriente que pasa por el fusible sobrepasa cierto valor (el amperaje propio de cada fusible), el calor generado por el efecto Joule produce la fusión del elemento, interrumpiendo así el paso de corriente excesiva.

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En este efecto 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. En la mayoría de las aplicaciones, sin embargo, es un efecto indeseado y la razón por la que los aparatos eléctricos y electrónicos (como el ordenador desde el que está leyendo esto) necesitan un ventilador que disipe el calor generado y evite el calentamiento excesivo de los diferentes dispositivos.

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EJERCICIOS

Se nos ha dado una longitud de alambre de calefacción hecho de una aleación de Níquel – Cromo – Hierro conocida como nicromel, y que tienen una resistencia R de 72 ohm. Va a ser conectada a una línea de 120 V. ¿en que circunstancias el alambre disipara mas calor: a) cuando su longitud entera esta conectada a la línea, o b) el alambre se corta a la mitad y las dos mitades se conectan en paralelo a la línea?

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Determinar el calor producido en un conductor que tiene una resistencia de 38 ohms. Y una intensidad de corriente eléctrica de 1.6 A en un tiempo de 25 segundos.

EJERCICIOS

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EJERCICIOS

Determinar el valor de la resistencia eléctrica que debe tener un calentador eléctrico que, conectado a un enchufe de 220V, es capas de elevar la temperatura de un litro de agua y una energía interna de 4000W.

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EJERCICIOS

Un horno de microondas produce una intensidad de 13A, una resistencia de 29ohms y una carga de 5128w determine el tiempo.

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EJERCICIOS

Determine el voltaje que ejerce un calentador al tener una resistencia de 27 ohms y una energía interna de 423w.