LEY DE 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.

Este trabajo depende de la intensidad de la corriente que circula por el conductor, la resistencia que ofrece este al paso de corriente y el tiempo durante el cual circula, según la fórmula:

Siendo la Potencia eléctrica, el trabajo realizado en la unidad de tiempo, por lo que:

En donde P representa la potencia, I la intensidad o corriente eléctrica y R la resistencia eléctrica. Como se observa, la intensidad esta elevada al cuadrado, lo que significa que el calor que se genera depende mucho más de la corriente eléctrica que está circulando, que de la resistencia del conductor.

En homenaje a Joule la unidad de energía en el sistema internacional se denomina actualmente 1 Joule o Julio y la relación anterior resulta 4,186 Joules = 1 Caloría.

El nombre de efecto Joule lo recibe del físico británico James Prescott Joule. En el transcurso de sus investigaciones sobre el calor desprendido en un circuito eléctrico, pudo establecer que la cantidad de calor producida en un conductor por el paso de una corriente eléctrica, dada en una unidad de tiempo, es proporcional a la resistencia del conductor y al cuadrado de la intensidad de corriente. 

Puedes apoyarte de este video:

Hipótesis: Formula una hipótesis en los comentarios en base a lo que pasa cuando tocas un foco que lleva todo el día prendido.

Ejercicio:

Deberás mandar a tu docente la evidencia te tu experimento en imágenes.

Calculemos el calor producido por una corriente de 2.5 A sobre una resistencia de 130 Ω, durante 10 segundos.

Q = ?

I = 2.5 A

R = 130 Ω

t = 10 s

Q = (2.5)2 ×130×10 = 6.25×130×10 = 8125 J, es decir se producen 8125 Joules 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 calorías (equivalente calorífico del trabajo).

Por lo que la Ley de Joule queda expresada como:

Q=0.24×I2×R×t

Veamos el mismo ejemplo en calorías.

Q = 0.24×(2.5)2 ×130×10 = 0.24×6.25×130×10 = 1950 cal.

Material:

• 2 alambres de cobre, de aproximadamente 30 a 60 cm
• 1 frasco de vidrio transparente
• 1 frasco de vidrio pequeño para una bombilla más pequeña
• 5 baterías AA
• 4 pinzas tipo cocodrilo
• 1 puntilla de lápiz de grafito

Desarrollo:

1. Conecta las baterías en serie. Este proceso simplemente implica que las unas con cinta adhesiva, de un extremo al otro, de manera que todas trabajen juntas para proporcionar energía. Asegúrate de alinearlas de un extremo positivo a otro negativo. 
2. Engancha los alambres de cobre a los clips eléctricos. Los extremos de cada alambre deben contar con un clip. Si no cuentas con clips, aún puedes confeccionar una bombilla. Para lograrlo, enrolla cada extremo del alambre en un pequeño gancho redondo. Si vas a hacer los ganchos por tu cuenta, debes hacerlos lo suficientemente grandes como para que quepan encima del extremo de la batería.
3. Engancha un alambre de cobre en un extremo de las baterías. Por lo general, tendrás un alambre con clips rojos y uno con negros. Engancha un extremo de los clips rojos hasta el extremo positivo de las baterías, pero deja el otro clip por ahora. Si conectas todo, la bombilla se encenderá antes de que estés listo y podrías quemarte si no tienes cuidado.
4. Levanta los dos clips restantes y luego sujeta el grafito entre ellos. Piensa en formar una H, donde los dos clips son los lados y el grafito es la línea horizontal en el medio. Cuanto más largo sea el grafito, más tiempo durará la bombilla.
5. Coloca el frasco de vidrio encima de los clips y el grafito. Este procedimiento no es estrictamente necesario, ya que el grafito aún se iluminará incluso sin el frasco. Sin embargo, el proceso genera humo y el grafito puede romperse. Además, tener algo que haga de “bombilla” ayudará a crear una luz más uniforme.
6. Conecta el alambre final al otro extremo de las baterías para encender la luz. Vas a crear un circuito simple, conectando las baterías en un circuito eléctrico.

Acabas de crear una Bombilla de Edison.

Una bombilla incandescente, de las tradicionales, tiene un funcionamiento en realidad muy similar a una antorcha. Se basa en el calentamiento de un metal, el tungsteno (en tu caso es el grafito), a través de una corriente eléctrica. Esta corriente, que pasa por ese delgado filamento provoca que el metal se caliente tanto que entra en incandescencia e irradia luz.

Resultado:

Responde en los comentarios.

¿Cuánto duró la puntilla de grafito antes de que se pulverizara?

¿Cuánto puede durar una bombilla incandescente prendida sin apagarse?

Conclusión:

En base a la actividad, realiza una conclusión en los comentarios de cómo puede un foco estar encendido tanto tiempo sin fundirse tan pronto.