El tema resumido del efecto jouleDescripción completa
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Efecto Joule T.S.U En Mantenimiento Industrial Brayan Alberto Muñoz San Martin [email protected]
rendimiento eléctrico. Sin embargo, este efecto se puede
Introducción
aprovechar cuando lo que queremos es convertir la energía eléctrica en calorífica.
En el siguiente documento se menciona y capitula la descripción y comprensión de efecto Joule mediante la
Se conoce como efecto Joule al fenómeno irreversible por
investigación del porqué de sus efectos y como se produce
el cual si en un conductor circula corriente eléctrica, parte
a través del paso de electrones, su relación con la energía
de la energía cinética de los electrones se transforma
eléctrica, su aprovechamiento en la industria y el hogar y
encalor1 2 debido a los choques que sufren con los átomos
por ultimo las variables que se ven involucradas en tanto
del material conductor por el que circulan, elevando
el efecto que puede entregar en la transformación de
la temperatura del mismo. El nombre es en honor a su
electricidad a calor compuesto de diferentes factores.
descubridor, el físico británico James Prescott Joule.
El movimiento de los electrones en un cable es desordenado, esto provoca continuas colisiones con los núcleos atómicos y como consecuencia una pérdida de energía cinética y un aumento de la temperatura en el propio cable.
Desarrollo Seguro que has observado en multitud de ocasiones como un apararato eléctrico se calienta cuando lo conectas a la red. ¿Te has preguntado por qué? Esto sucede porque por él está pasando un flujo de electrones (corriente) y por lo tanto es inevitable que se produzcan choques entre los electrones y el conductor, lo que provoca un aumento de su temperatura. Esto es lo que se conoce como efecto Joule. James Prexcott Joule, descubridor del efecto Joule.
Por lo general, el efecto Joule es un efecto no deseable, puesto que son pérdidas que implicarán una reducción del [1]
De modo que, normalmente, intentamos que el efecto Joule sea tan leve como sea posible, para que la menor cantidad de energía se convierta en calor en los cables que El movimiento de los electrones en un cable es
utilizamos
desordenado, esto provoca continuas colisiones con los núcleos atómicos y como consecuencia una pérdida de energía cinética y un aumento de la temperatura en el propio cable.
y podamos emplear casi toda en los lugares que nos
Los electrones van avanzando a trompicones por el
interesan.
conductor, dando trastazos a los átomos (y a los otros electrones) a diestro y siniestro, y el conductor se calienta. El efecto Joule, al ser inevitable dada la naturaleza de los materiales como conductores imperfectos, es algo que siempre está ahí, incluso aunque a veces no lo notes. Por ejemplo, si toco el cable que va del transformador de mi ordenador portátil al ordenador, no noto que esté caliente; sin embargo, sí está más caliente de lo que estaría si no hubiera una corriente eléctrica circulando por él, aunque en este caso se trata de un calentamiento tan leve que mis sentidos no pueden notarlo.
La potencia P disipada en un conductor es igual a la diferencia de
Desde un principio nos damos cuenta de que el efecto
potencial V a la que está sometido multiplicada por la intensidad de
Joule normalmente es nuestro “enemigo” a la hora de
corriente I que lo atraviesa. La energía desarrollada E es el producto de la potencia P por el tiempo t transcurrido, luego la energía E es el
emplear la electricidad. No hablando en tanto a casos
producto de la tensión V por la intensidad I y por el tiempo t.
extremos, en los que un calentamiento muy grande puede provocar heridas o incendios, sino en el simple calentamiento leve de un cable por el que fluye la
Si a esta expresión añadimos la Ley de Ohm tendremos:
corriente desde una central eléctrica hasta tu casa. Ese cable, que puede tener cientos de kilómetros de longitud, se calienta: eso es un hecho incontestable. Pero la energía que se está convirtiendo en calor a lo largo de todo el cable es energía que no puedes utilizar en tu casa… es energía esencialmente desaprovechada, ya que no te sirve para nada que ese cable que recorre el campo hasta llegar a tu casa se mantenga caliente.
[2]
La energía desarrollada es igual al cuadrado de la intensidad por la resistencia y por el tiempo, o lo que es lo mismo, el cuadrado de la tensión dividido por la resistencia y por el tiempo.
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
Ejemplos donde se ocupa el efecto Joule para beneficio de la
diferentes dispositivos.
humanidad.
La resistencia es el componente que transforma la energía eléctrica en calor, (por ejemplo un hornillo eléctrico, una
Para poder comprender el efecto Joule, debemos aclarar
estufa eléctrica, una plancha etc.).
brevemente el concepto de calor. Al calor se le conoce como el desprendimiento de energía por parte de un sistema como
causa
del
movimiento,
a
escala
microscópica, de las partículas que lo componen.
Los electrones se mueven de forma totalmente aleatoria, impactando en interaccionando con otras partículas y, por lo tanto, generando movimiento y desprendimiento de calor.
Por ejemplo: si calentamos una olla de agua, lo que en realidad se produce es un aumento de la energía del sistema, algo que, a nivel molecular, se traduce como un
[3]
mayor movimiento de las partículas que componen dicho sistema. Esta energía “absorbida”, más tarde, se desprende nuevamente al exterior en forma de calor, siempre que el entorno que rodee a dicho sistema cuente con unos niveles energéticos inferiores (en este caso, así es, pues el aire que rodea a la olla suele estar a una temperatura inferior) ¿Por qué se desprende esa energía en lugar de conservarla? Todos los sistemas tienden, por naturaleza, a buscar una situación de reposo o calma –entendemos reposo o calma como la situación en la que el movimiento de sus partículas sea el menor posible–. Por ello, cuando este estado de relativa calma
se altera, los sistemas
intercambian energía con los que les rodean para tratar de
El efecto Joule y la cantidad de calor que se desprende
aproximarse lo máximo posible a dicho estado. En el caso
dependen de varias variables:
de la olla, se emite calor al exterior para tratar de “enfriarse” y reducir sus niveles energéticos. Ese intercambio de energía es a lo que llamamos calor.
La intensidad de corriente.
El efecto Joule, es el desprendimiento de calor provocado
Es el número de electrones que pasan por unidad de
por el movimiento de electrones –también conocido como
tiempo. Para entender este concepto, imaginemos una
corriente eléctrica– por un material. Este efecto se recoge
tubería de agua. Cuanto mayor diámetro tenga la tubería
en la fórmula Q = P x t, donde “Q” es energía o calor
de agua, más caudal podrá atravesarla en una unidad de
desprendido (también representada por la letra E y medida
tiempo. La intensidad de corriente es similar. Cuanto
en Julios o Calorías), “P” la potencia consumida (medida
menor sea la resistencia y mayor sea la diferencia de
en vatios) y “t” el tiempo transcurrido (medido en
potencial, mayor será la cantidad de electrones en
segundos).
movimiento en una unidad de tiempo. Lo ideal sería que la intensidad de corriente fuese lo más pequeña posible, y de ese modo el calentamiento sería mínimo.
[4]
La conductividad. El termino conductancia se usa para describir el grado de eficacia con que un material permite el flujo de corriente. Cuanta más alta sea la clasificación de conductancia. Los buenos conductores tienen baja resistencia y los buenos aisladores, tienen una alta resistencia. La conductividad eléctrica es la medida de la capacidad (o de la aptitud) de un material o sustancia para dejar pasar (o dejar
circular)
libremente
la corriente
La resistencia.
eléctrica. La
conductividad depende de la estructura atómica y molecular conductores
del
material.
porque
tienen
Los metales son una
Es la oposición que presenta un elemento al paso de los
buenos
estructura
electrones por el mismo. Normalmente entendemos como
con
resistencia a un elemento concreto (que puede ser una
muchos electrones con vínculos débiles, y esto permite su
bombilla o cualquier otro), pero la resistencia también está
movimiento
presente en los cables, por ejemplo. Y es que todo material por el que pasa la corriente eléctrica, presenta oposición al paso de electrones. Si no la presentaran, se obtendría el mayor rendimiento posible de todos los sistemas y el calor generado sería ínfimo. Para que podamos comprender mejor este concepto: la resistencia podríamos entenderla como el número de obstáculos que tendría que sortear un atleta en una carrera [5]
de 200 metros obstáculos. Cuanto mayor sea la resistencia,
El efecto Joule es la obtención del calor resultante por el
mayor será el número de obstáculos que se presenten en el
movimiento de los electrones atravesó de un conductor. Es
camino del electrón.
la transformación de una energía eléctrica a una energía calorífica la cual, es empleada para el aprovechamiento del hombre en diversos aparatos en el hogar o en la industria como planchas, cocinas eléctricas, etc. Este efecto Joule también es despreciable en tanto al desperdicio de energía que se obtiene en motores eléctricos de forma que afecta directamente en la eficiencia de trabajo del equipo. Este efecto descrito directamente con la resistencia que posee un conductor en el cual fluyen electrones de un punto a otro es directamente proporcional a la potencia de consumo de la carga que esté conectada el conducto, al voltaje que tenga suministrado, a la corriente que consuma y al tiempo que
Tiempo.
ese conduciendo electrones.
Cuanto mayor es el tiempo, la cantidad de calor generada aumenta. Por lo tanto también influye.
Bibliografía
Potencia. Normalmente, la influencia de la resistencia, la intensidad
[1]M, Harry, “electricidad serie 1/7”Limusa.
y la diferencia de potencial de un circuito se reúne en una
[2]Tomado de: “http://roble.pntic.mec.es/~jsaa0039/cuca bot/joule-i ntro.html”
magnitud conocida como potencia (que es la que aparece en la fórmula anterior).
[3] Tomado de: “http://hipertextual.com/2015/05/efectojoule”
Resultados y conclusiones
[4] Tomado de: “https://es.wikipedia.org/wiki/Efecto_ Joule”.
[6]