Escrito por Tendenzias

¿Qué es el efecto Joule y por qué es tan importante?

La electricidad se ha convertido en un elemento indispensable en nuestras vidas, pero a partir de ella nacen teorías y como no experimentos que cambian el curso de la historia. Uno de estos es el efecto Joule que seguramente os sonará aunque no todos saben exactamente en qué consiste de modo que os ofrecemos ahora la respuesta a la pregunta, ¿Qué es el efecto Joule y por qué es tan importante?

¿Qué es el efecto Joule y por qué es tan importante?

Al hablar de corrientes y electricidad seguramente más de uno habrá escuchado la palabra “julio”, que proviene en realidad de “jules” en alusión a James Prescott Joule (1818-1889), artífice de varios estudios relativos a la generación de energía y a las corrientes eléctricas.

Qué es el efecto Joule

Fue James Prescott Joule quien descubrió el efecto Joule (también conocido como calentamiento resistivo u óhmico) el cuál describe el proceso en el que la energía de una corriente eléctrica se convierte en calor a medida que fluye a través de una resistencia.

En particular, cuando la corriente eléctrica fluye a través de un sólido o líquido con conductividad finita, la energía eléctrica se convierte en calor a través de pérdidas resistivas en el material. El calor se genera en la micro escala cuando los electrones de conducción transfieren energía a los átomos del conductor por medio de colisiones.

En la ley de Joule o efecto Joule, la energía térmica E (en Joules o Julios ) disipada por un conductor eléctrico de resistencia R (ohm) atravesado por una corriente de intensidad I (amperios) durante un tiempo t ( en segundo lugar) viene dada por la siguiente relación:

E = R x I² xt
La energía térmica (o calor) E por lo tanto depende de 3 factores:

  • Intensidad I de la corriente (el factor más importante ya que está al cuadrado).
  • El tiempo t durante el cual fluye la corriente.
  • Resistencia R del conductor.

Entendiendo el efecto Joule

Para entender el porqué la energía depende de estos factores tenemos que pensar en las partículas (que pueden ser átomos o moléculas ) del material en el que los flujos de corriente son bolas situadas en las intersecciones malla de una red estirada; si arrojamos sobre esta red un cubo de bolas pequeñas (representan los electrones), muchas de ellas pasarán entre las grietas; sin embargo, algunos caerán sobre las bolas y harán vibrar toda la red, es decir, todas las bolas.

Efecto joule tan importante

¿En qué caso la red vibrará más?

Cuanto mayor sea el número de bolas, más vibrarán la red y las bolas. Este ejemplo sirve para decir que en el caso de la corriente la situación que se produce es idéntica: cuanto mayor es el número de electrones durante un tiempo dado (es decir, la intensidad de la corriente) a través del material, mayores son sus partículas constituyentes que se hacen vibrar y, por lo tanto, la temperatura aumentará. Como se trata de esta relación del cuadrado de la intensidad, la energía térmica aumentará muy rápidamente con la intensidad de la corriente. Cuanto mayor sea la intensidad de la corriente, mayor será la energía térmica E liberada.

Por otro lado, cuanto más caigan las bolas, más tiempo vibrará la red. Para la corriente, es lo mismo: cuanto más tiempo pasa la corriente por el circuito, más tiempo vibrarán los átomos y la temperatura aumentará. Cuanto mayor sea el tiempo t durante el cual la corriente fluye a través del circuito, mayor será la energía térmica E liberada.

Cuanto más pequeña sea la malla de la red, más pequeñas serán las bolas más frecuentes, lo que ofrecerá una mayor resistencia al paso de las bolas; cuando los materiales de carbono tienen una alta resistencia al flujo de corriente, éste vibra más que los materiales de baja resistencia de manera que la energía térmica será mayor y mayor es la resistencia R del material así como mayor será la energía E del calor que no está obstruido.

Porqué es tan importante el efecto Joule

Esta ley tiene consecuencias muy prácticas que hace que sea algo importante en nuestro día a día ya que cuando se produce un cortocircuito en un circuito, la intensidad aumenta fuertemente. Dado que la energía térmica depende de la intensidad al cuadrado, es fácil entender que esta energía liberada puede causar incendios.

Por otro lado, cuando el cuerpo humano es atravesado por una corriente eléctrica, los efectos serán más peligrosos si la intensidad es grande pero también si el tiempo durante el cual el cuerpo es atravesado por la corriente es grande.

Sabiendo que el efecto Joule ocurre cuando una corriente eléctrica pasa a través de un conductor, sabremos también que los conductores eléctricos no son perfectos. En realidad, se oponen a una cierta resistencia al flujo de corriente y la energía que se pierde de esta manera se disipa en forma de calor.

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En la vida práctica, los calentadores eléctricos (radiadores, planchas, soldadores, tostadoras, secadoras, etc.) aprovechan este efecto calorífico. También es según este principio que la lámpara incandescente funciona en la que el filamento elevado a muy alta temperatura emite luz.

También se puede aplicar a los secadores de pelo por ejemplo, ya que estos disponen en su interior de una serie de resistencias que se van calentando al paso de la corriente eléctrica, de modo que el aire que acaba saliendo de ellos sale caliente.

Por otro lado, comprendemos con el efecto Joule que el efecto térmico a menudo es indeseable ya que causa pérdidas innecesarias de energía. Estas pérdidas reducen la eficiencia de las máquinas eléctricas cuyo propósito no es el calor (motores, transformadores, etc.)

Un aumento excesivo de la temperatura puede dañar el equipo. Este es el propósito del sistema de ventilación de PC.

Los cables también se someten a la teoría del efecto Joule ya que corren el riesgo de deterioro en caso de sobrecarga y luego se disparan. Por lo tanto, es necesario limitar la intensidad de la corriente en los conductores de acuerdo con sus secciones.

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