Ley de Joule-Lenz

Si en un conductor circula corriente eléctrica, parte de la energía cinética de los electrones se transforma en calor debido al choque que sufren con las moléculas del conductor por el que circulan, elevando la temperatura del mismo. Este efecto es conocido como efecto Joule en honor a su descubridor el físico británico James Prescott Joule junto con el físico ruso Emil Lenz , quienes lo estudiaron en la década de 1860.

Causas del fenómeno:

Los sólidos tienen generalmente una estructura cristalina, ocupando los átomos o moléculas los vértices de las celdas unitarias, y a veces también el centro de la celda o de sus caras. Cuando el cristal es sometido a una diferencia de potencial, los electrones son impulsados por el campo eléctrico a través del sólido debiendo en su recorrido atravesar la intrincada red de átomos que lo forma. En su camino, los electrones chocan con estos átomos perdiendo parte de su energía cinética, que es cedida en forma de calor.

Este efecto fue definido de la siguiente manera: "La cantidad de energía calorífica producida por una corriente eléctrica, depende directamente del cuadrado de la intensidad de la corriente, del tiempo que ésta circula por el conductor y de la resistencia que opone el mismo al paso de la corriente". Matemáticamente se expresa como:


Q = I ² x R x t


Dónde:

Q = energía calorífica producida por la corriente.

I = intensidad de la corriente que circula y se mide en amperios.

 R = resistencia eléctrica del conductor y se mide en ohms.

t = tiempo el cual se mide en segundos.

 
Así, la potencia disipada por efecto Joule será:

Donde V es la diferencia de potencial entre los extremos del conductor.

Microscópicamente el efecto Joule se calcula a través de la integral de volumen del campo eléctrico por la densidad de corriente:

La resistencia es el componente que transforma la energía electrica en energía calorífica, (por ejemplo un hornillo eléctrico, una estufa eléctrica, una plancha etc.).

Mediante la ley de Joule podemos determinar la cantidad de calor que es capaz de entregar una resistencia, esta cantidad de calor dependerá de la intensidad de corriente que por ella circule y de la cantidad de tiempo que esté conectada, luego podemos enunciar la ley de Joule diciendo que la cantidad de calor desprendido por una resistencia es directamente proporcional a la intensidad de corriente a la diferencia de potencial y al tiempo.


Ejercicio:

Por una secadora de pelo circula una corriente de 10 Amper y tiene una bobina calefactora con resistencia igual a 22 ohmnios. Calcule el calor disipado en 2 minutos.

Solución. Por la ley de Joule - Lenz se cumple que:

Q = I ² x R x t → Q = (10A)² x ( 22 ohm) x ( 120 s)

Q = (100)(22)(120) Joules → Q = 264000 Joules




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