Módulo 12 Matemáticas y representaciones del sistema natural. Ley de Joule Ley de Joule ¿Sabes cómo funcionan las lámparas y bombillas incandescentes del alumbrado, o los electrodomésticos como planchas, hervidores, hornos, calentadores de ambiente y de agua, secadores y rizadores de cabello? Estos inventos siguen el principio de la ley de Joule. De acuerdo con la ley de la conservación de la energía, ésta no puede crearse ni destruirse, sino que sólo puede cambiar de una forma a otra. Por ejemplo, cuando una corriente eléctrica circula a través de un conductor, los electrones dentro de éste se muevan a una velocidad constante produciendo choques entre los átomos de un conductor, provocando que parte de la energía potencial de los electrones se convierta en calor, es decir, hay un 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 o ley de Joule. Conductor Corriente eléctrica Choque=calor Electrones de la corriente electrica Átamos del conductor El calor producido por la corriente eléctrica que fluye a través de un conductor es una medida del trabajo de la corriente cuando vence la resistencia del conductor; la energía requerida para este trabajo es suministrada por una fuente. Mientras más calor se produzca, mayor será el trabajo de la corriente y, por lo tanto, mayor será la energía suministrada por la fuente. Entonces, si se determina cuánto calor se produce, se puede calcular cuánta energía suministra la fuente y viceversa. El calor generado por este fenómeno se enuncia en la ley de Joule, la cual dice: Cuando la corriente eléctrica atraviesa un conductor, éste se calienta, emitiendo energía, de tal forma que el calor desprendido es directamente proporcional a la resistencia del conductor, al tiempo durante el que está circulando la corriente y al cuadrado de la corriente que lo atraviesa. 1 Módulo 12 Matemáticas y representaciones del sistema natural. Ley de Joule Q = R · t · I2 Q Calor disipado por la resistencia. R t I Joule (J) 1 caloría (cal)=4.186 J Resistencia eléctrica. Ohm (Ω) Tiempo que circula la corriente por la resistencia. Segundo (s) Corriente eléctrica. Amperio (A) Ejemplo: Una cafetera que calienta agua en un tiempo de 4 minutos tiene una resistencia de 12 Ω, conectada a una fuente de 120 V. Si el kilovatio hora cuesta $ 0.75, determina el costo de operación de la cafetera. Con la ley de Ohm podemos obtener el valor de la intensidad de la corriente eléctrica: I= V R I = 120 V = 10 A 12 Ω Con la ley de Joule podemos calcular el calor que disipa la resistencia: Q = R · t · I2 Q = 12Ω · 240 s · (10 A)2 = 288,000 J Ahora obtenemos el gasto en kilovatio. Para ello, recuerda: 1 vatio = 1 julio/segundo por lo que 1 kilovatio = 1000 julios/segundo entonces 1 kilovatio hora = Por lo que el gasto de nuestra cafetera es 288,000 J 3,600,000 J Calculamos el costo de operación de la cafetera: 0.08 kW∙h ( $ 0.75 1 kW·h 0.08 kW∙h ) = $ 0.06 = 6 centavos 2
