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¿Qué es la ley de Joule? Definición y ejemplos del efecto Joule

¿Qué es la ley de Joule? Definición y ejemplos del efecto Joule

El efecto Joule, también llamado ley de Joule, es la manifestación térmica de la resistencia eléctrica.

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Si en un conductor eléctrico circula electricidad, una parte de la energía cinética de los electrones se transforma en forma de calor elevando la temperatura del conductor. 

El calor se genera  debido al choque que experimentan los electrones con las moléculas del material conductor por donde circulan.

La ley de Joule se llama así en honor del físico inglés James Prescott Joule.

La primera ley de Joule también se conoce a veces como la ley de Joule-Lenz, porque más tarde fue encontrada independiente por Heinrich Lenz.

¿Cuál es la definición del efecto Joule?

La cantidad de energía calorífica producida por una corriente eléctrica es directamente proporcional al cuadrado de la intensidad de la corriente cuando circula por el conductor ya la resistencia que opone este conductor al paso de la corriente.

¿Cuál es la fórmula del efecto de Joule?

De la definición anterior se puede expresar matemáticamente la fórmula de la ley de Joule de la siguiente manera:

Q = I2 · R · t

donde:

  • Q = Energía calorífica producida por la corriente. En el sistema internacional de medidas se expresa en julios (J)

  • I = Intensidad de la corriente que circula expresada en amperios (A)

  • R = Resistencia eléctrica del conductor expresada en ohmios.

  • t = Tiempo, en segundos (s)

Ejemplos de la ley de Joule

  • Las bombillas con filamento: El filamento es una resistencia que con el paso de la corriente se calienta hasta ponerse incandescente. Como se puede observar, la cantidad de calor que emite la bombilla es proporcional a la resistencia del filamento.

  • Los electrodomésticos que generan calor: Muchos electrodomésticos se basan en el efecto Joule para funcionar: hornos eléctricos, tostadoras, calefacciones eléctricas… En todos estos casos, se pretende generar energía térmica con el paso de la electricidad por sus conductores. Este calor que desprenden se debe al efecto Joule.

  • La eficiencia de los motores eléctricos depende de la ley de Joule.

¿Cuál es el inconveniente del efecto Joule?

El principal inconveniente del efecto joule es la pérdida de la energía que se transforma en calor y el sobrecalentamiento de los sistemas eléctricos.

En la gran mayoría de las aplicaciones, el efecto Joule es indeseado. Por esta razón, algunos aparatos eléctricos y electrónicos necesitan disipadores de calor para evitar así el calentamiento excesivo de los diferentes componentes y / o dispositivos.

Parte de la potencia eléctrica suministrada se convierte en energía térmica que se disipa en forma de calor. Por lo tanto, el calor producido es energía perdida y por lo tanto una disminución de la eficiencia.

¿Por qué la elctricidad se transmite por líneas de alta tensión?

Las líneas eléctricas aéreas transfieren energía eléctrica de los productores de electricidad a los consumidores. Esas líneas eléctricas tienen una resistencia distinta de cero y, por lo tanto, están sujetas al efecto Joule, lo que provoca pérdidas en la transmisión.

Para minimizar las pérdidas de transmisión existen dos soluciones:

  • Minimizar la resistencia de los conductores. La resistencia de la línea se minimiza mediante el uso de conductores de cobre.

  • Aumentar la tensión para bajar la intensidad de corriente de acuerdo con la ley de Ohm. Al bajar la intensidad disminuye la cantidad de electrones que circulan por el conductor y, por lo tanto, se reducen los choques con el conductor.

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Fecha publicación: 14 de septiembre de 2021
Última revisión: 14 de septiembre de 2021