Ley de Joule
Podemos describir el movimiento de los electrones en un conductor como una serie de movimientos acelerados, cada uno de los cuales termina con un choque contra alguna de las partículas fijas del conductor.
Los electrones ganan energía cinética durante las trayectorias libres entre choques, y ceden a las partículas fijas, en cada choque, la misma cantidad de energía que habían ganado.
La energía adquirida por las partículas fijas (que son fijas solo en el sentido de que su posición media no cambia) aumenta la amplitud de su vibración o sea, se convierte en calor.
Para deducir la cantidad de calor desarrollada en un conductor por unidad de tiempo, hallaremos primero la expresión general de la potencia suministrada a una parte cualquiera de un circuito eléctrico.
Cuando una corriente eléctrica atraviesa un conductor, éste experimenta un aumento de temperatura. Este efecto se denomina “efecto Joule”.
Es posible calcular la cantidad de calor que puede producir una corriente eléctrica en cierto tiempo, por medio de la ley de Joule.
Supongamos, como en un calentador eléctrico, que todo el trabajo realizado por la energía eléctrica es transformado en calor. Si el calentador funciona con un voltaje V y un intensidad I durante un tiempo t, el trabajo realizado es :
W=VIt
y como cada J equivale a 0,24 cal, la cantidad de calor obtenido será : Q=0.24 VIt
V debe medirse en volts, I en amperes y t en segundos, para que el resultado esté expresado en calorías.
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 »
Ejemplo 4.4.
Un fabricante de un calentador eléctrico portátil por inmersión, de 110V garantiza que si el calentador se sumerge en un recipiente lleno de agua ésta hervirá y en un minuto estará listo para hacer té. Calcule la potencia de salida del calentador. Que corriente fluirá por él?. Cual su resistencia ?
Suponga que el recipiente contiene 200 cm³ o sea 0.200kg de agua. Si la temperatura del agua disponible en el casa es de 10°C la diferencia de temperatura para que hierva será pT=90K. El suministro de energía calorífica que debe darse al agua está dado por :
donde c es la capacidad calorífica del agua expresada en joules y no kilocalorías. Como esta energía calorífica se transfiere al agua en un tiempo pt, la potencia de salida del calentador es :
Fuente: Apuntes de la materia de Electricidad y magnetismo del Instituto Tecnológico de la Paz
