LEY DE JOULE

LEY DE JOULE

El siguiente blog ha sido creado con el objetivo de ayudar a una mejor comprensión de la ley de joule mediante la utilización de fundamentos teóricos, prácticos, videos, simulaciones y archivos de apoyo .

FUNDAMENTOS TEÓRICOS SOBRE LA LEY DE JOULE Y SUS APLICACIONES

INTRODUCCIÓN

Joule, James Prescott (1818 - 1889)

Físico británico. Uno de los más notables físicos de su época, es conocido sobre todo por su investigación en electricidad y termodinámica. En el transcurso de sus investigaciones sobre el calor desprendido en un circuito eléctrico, formuló la ley actualmente conocida como ley de Joule que establece que la cantidad de calor producida en un conductor por el paso de una corriente eléctrica cada segundo, es proporcional a la resistencia del conductor y al cuadrado de la intensidad de corriente. Joule verificó experimentalmente la ley de la conservación de energía en su estudio de la conversión de energía mecánica en energía térmica.

Utilizando muchos métodos independientes, Joule determinó la relación numérica entre la energía térmica y la mecánica, o el equivalente mecánico del calor. La unidad de energía denominada julio se llama así en su honor; equivale a 1 vatio - segundo. Junto con su compatriota, el físico William Thomson, Joule descubrió que la temperatura de un gas desciende cuando se expande sin realizar ningún trabajo. Este fenómeno, que se conoce como efecto Joule - Thomson, sirve de base a la refrigeración normal y a los sistemas de aire acondicionado.

LEY DE JOULE

La ley de la conservación de la energía afirma que la energía no puede crearse ni destruirse, sólo se puede cambiar de una forma a otra.

Al circular una corriente eléctrica a través de un conductor el movimiento de los electrones dentro del mismo produce choques con los átomos del conductor cuando adquieren velocidad constante, lo que hace que parte de la energía cinética de los electrones se convierta en calor, con un consiguiente aumento en la temperatura del conductor. Mientras más corriente fluya mayor será el aumento de la energía térmica del conductor y por consiguiente mayor será el calor liberado. A este fenómeno se le conoce como efecto joule.

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.

El calor generado por este efecto se puede calcular mediante la ley de joule que dice que:

“La cantidad de 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”.

Expresado como fórmula tenemos:

Donde:

W = Cantidad de calor, en Joules

I = Intensidad de la corriente, en Amperes

R = Resistencia eléctrica, en Ohms

T = Tiempo de duración que fluye la corriente, en segundos

Lo que equivale a la ecuación para la energía eléctrica, ya que la causa del efecto joule es precisamente una pérdida de energía manifestada en forma de calor.

Normalmente cuando el trabajo eléctrico se manifiesta en forma de calor se suele usar la caloría como unidad. El número de calorías es fácil de calcular sabiendo que:

1 joule = 0,24 calorias (equivalente calorífico del trabajo)

1 caloria = 4,18 joules (equivalente mecánico del calor)

Por lo que la ley de joule queda expresada como:

APLICACIONES

El calentamiento de los conductores es un fenómeno muy importante por sus multiples aplicaciones como:

ALUMBRADO ELECTRICO

Se utilizan para el alumbrado lámparas, bombillas o ampollas llamadas de incandescencia.

APLICACIONES DOMÉSTICAS

Muchas aplicaciones prácticas del efecto Joule intervienen en la construcción de los aparatos electrodomésticos, tales como planchas, hervidores, hornos, calentadores de ambiente y de agua, secadores, rizadores.

APLICACIONES INDUSTRIALES

El efecto Joule permite el funcionamiento de aparatos industriales, como aparatos de soldadura, hornos eléctricos para la fundición y metalurgia y soldadores de punto. Este último, muy utilizado en la industria automotriz y en la chapistería, reemplaza con ventaja el sistema de remachado.

VIDEO SOBRE LA LEY DE JOULE

SIMULACIONES SOBRE LA LEY DE JOULE

Aqui se encuentran simulaciones que ayudan a comprender de una mejor manera lo anteriormente expuesto en la sección de fundamentos teóricos.

EFECTO JOULE

EXPERIMENTO DE JOULE EQUIVALENTE MECÁNICO DEL CALOR

EXPERIMENTOS PARA VERIFICAR LA LEY DE JOULE

Existen diversos experimentos para poder verificar la ley de joule, como son:

LAMPARA CASERA - EFECTO JOULE

Materiales:

* Tubo de plástico
* 8 Baterías de 1,5V
* Cinta adhesiva
* 60 cm de conductor eléctrico
* 2 Pinzas cocodrilo
* 2 Clips o sujetadores
* 1 Mina de lápiz
* 1 Frasco de vidrio
* 1 Plato

Si tienes una batería de automóvil o motocicleta, obviamente puedes utilizarla en vez de las baterías de 1,5V. Como verás en el video, utilizan un tubo de cartón. Nosotros necesitamos que el tubo no se dañe con el agua, pero si no tienes uno de plástico no te preocupes, puedes tomar uno de cartón y pintarlo con cola de pegar. Cuando ésta seque, quedará impermeabilizado.

Procedimiento:

Se utiliza las baterías o pilas de 1,5 voltios, lo primero que se debe hacer es colocarlas en serie. Para lograr ésto, se coloca una seguida de la otra y se sujetan con cinta adhesiva. Al final te quedarán 2 extremos, un polo positivo y uno negativo.

Para seguir con este experimento, se corta dos trozos de conductor de 30 cm de longitud y se pela sus extremos. Se coloca una pinza cocodrilo en un extremo de cada conductor. Ahora se toma eso y se pega en el tubo de cartón. Los clips o sujetadores se aprietan con las pinzas.

Sobre los sujetadores se colocan con mucho cuidado, una mina de lápiz. Todo ésto se ubica sobre el plato y se tapa con el frasco. Ahora se agrega un poco de agua en el plato, la suficiente como para que selle la entrada de aire hacia el frasco.

Para terminar con la lámpara casera, se debe conectar los extremos de los conductores a las baterías. Como se ve, la mina se pondra incandescente y emitirá luz debido a su altísima temperatura.

Video explicativo:

EXPERIMENTO EFECTO JOULE

ARCHIVOS DE APOYO SOBRE LA LEY DE JOULE

En esta sección se encuentran archivos pdf con una explicación más amplia de la expuesta en los fundamentos teóricos sobre la ley de joule y sus aplicaciones en formato IEEE, así como una presentación sobre la ley de joule realizado en prezi.

LEY DE JOULE.pdf

PRESENTACIÓN SOBRE LA LEY DE JOULE EN PREZI

REALIZADO POR:

GRUPO 9