Efecto Joule Fuerza electromotriz
Se conoce como Efecto Joule al fenómeno 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 circula, elevando la temperatura del mismo. El nombre es en honor a su descubridor el físico británico James Prescott Joule.
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 se opone al mismo al paso". de la corriente". Matemáticamente:
Q = 12Rt
siendo
Q = energía calorífica producida por la corriente expresada en Julios [J]
I = intensidad de la corriente que circula [A]
R = resistencia eléctrica del conductor [Ω]
t = tiempo [Seg]
Recordar que la energía se expresa en Joules (símbolo J).
La fórmula para determinar la potencia de una carga resistiva (a menudo denominada ley de Joule), está dada por:
2P = 12R = R
La cual se obtiene de relacionar la ley de Watt con la ley de Ohm, y nos permite determinar la potencia disipada por un equipo eléctrico.
INCOVENIENTES Y APLICACIONES DEL EFECTO JOULE
El efecto Joule tiene su aplicación en los sistemas de calefacción eléctrica. Pero no es muy recomendable como sistema de calefacción principal o en primeras viviendas, ya que no es demasiado eficiente energéticamente, se produce una gran pérdida de energía.
Y, otro inconveniente, es el sobrecalentamiento de los sistemas eléctricos, lo que obliga a implementar disipación del calor en estos aparatos para que no se estropeen.
Todos los dispositivos eléctricos que se utilizan para calentamiento se basan en el efecto Joule, es decir, estos aparatos consisten esencialmente en una resistencia que se calienta al ser recorrida por la corriente.
Las lámparas de incandescencia (o de filamento incandescentes), como la lámpara de tungsteno, conocidas como bombilla de luz, también constituyen una aplicación del efecto Joule. Sus filamentos de tungsteno, que es un metal cuyo punto de fusión es muy elevado, al ser recorridos por una corriente eléctrica, se calientan y pueden alcanzar altas temperaturas (casi 500 °C), volviéndose incandescentes y emitiendo una gran cantidad de luz.
En este efecto se basa el funcionamiento de diferentes electrodomésticos como los hornos, las tostadoras, las calefacciones eléctricas, y algunos aparatos empleados industrialmente como soldadoras, etc. en los que el efecto útil buscado es precisamente el calor que desprende el conductor por el paso de la corriente.
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 diferentes dispositivos.
Ejemplos de aplicaciones:
Las bombillas con filamento: el filamento es una resistencia que, al pasar la corriente, se calienta y se pone incandescente.
Electrodomésticos que generan calor: como el secador de pelo, la tostadora o el horno eléctrico.
La fórmula del efecto Joule
La fórmula del efecto o la ley de Joule es:
Q = yo2xRxt
Dónde:
P: energía o calor desprendido en julios o calorías.
I: intensidad de la corriente medida en Amperios.
La intensidad de la corriente se refiere a los electrones que pasan por unidad de tiempo.
A menor resistencia, mayor diferencia de potencial y mayor cantidad de electrones en movimiento.
R: resistencia eléctrica del conducto medida en Ohmios.
La resistencia es la oposición que presenta de un elemento al paso de los electrones por este.
A mayor resistencia, mayor número de obstáculos en el camino del electrón.
T: tiempo transcurrido medido en Segundos.
A más tiempo, más cantidad de calor generado.
Ejemplos:
Se tiene un hornillo eléctrico de Resistencia R-202 conectado a un tomacorriente de 100 V. Un bloque de hielo de 240 ga 0°c se coloca sobre el hornillo ¿En cuánto tiempo podrá obtener 240 g de agua a 100°C?
A) 10 minutos B) 8 minutos C) 6 minutos D) 4 minutos E) 2 minutos
Q=Calor disipado
P= Potencia Eléctrica
Recordamos la ley de ohm P= V. I
Se nos ha dado una longitud de alambre de calefacción hecha de una aleación de Níquel - Cromo - Hierro conocida como nicromel, y que tienen una resistencia R de 72 ohmios. Va a ser conectado a una línea de 120 V. ¿en que circunstancias el alambre disipara más calor: a) cuando su longitud entera esta conectada a la línea, ob) el alambre se corta a la mitad y las dos mitades se conectan en paralelo a la línea?
EJERCICIOS DE LA LEY DE JOULE
Por el embobinado de un motor eléctrico circulan 5 amperios al estar conectado a una diferencia de potencial de 220 Voltios, ¿Qué calor genera en dos minutos?
Solución:
Al circular corriente a través del embobinado del motor eléctrico, este producirá de alguna forma calor. La pregunta que nos hace el problema es saber qué cantidad de calor se genera en dos minutos, para ello coloquemos nuestros datos:
Datos
Yo = 5A
V = 220 V
T = 2 minutos
t = 2 min (60 s) --- 1 min = 120 s
Ahora debemos encontrar el valor de la resistencia, para ello aplicamos la Ley del Ohm.
Yo = R - V
Despejando a "R"
R = V - yo
Sustituyendo datos:
VIR= 220 V 5 A = = 44 Ω
Ahora si podemos sustituirlo en nuestra fórmula:
Q = 0,24(54)2 (440) (120 s) = 31680 cal
Es decir que se disipó en calor un valor aproximado de 31680 calorías en dos minutos.
FUERZA ELECTROMOTRIZ
Se denomina fuerza electromotriz (FEM) a la energía proveniente de cualquier fuente, medio o dispositivo que suministre corriente eléctrica.
Para ello se necesita la existencia de una diferencia de potencial entre dos puntos o polos (uno negativo y el otro positivo) de dicha fuente, que sea capaz de bombear o impulsar las cargas eléctricas a través de un circuito cerrado.
Cómo se calcula la fuerza electromotriz inducida
La fuerza electromotriz inducida en un circuito se calcula mediante la ley de Faraday, que establece que la magnitud de la mujer inducida es proporcional a la variación del flujo magnético que atraviesa una superficie.
La fórmula fundamental para calcular la fem inducida es EMF = -N * ΔΦ/Δt, donde N es el número de vueltas del circuito y ΔΦ/Δt representa la variación del flujo magnético en función del tiempo.
En el caso de un circuito en forma de espira, la fem inducida se puede calcular como EMF = -N * A * B * sen(θ) / Δt, donde A es el área de la espira, B es la intensidad del campo magnético y θ es el ángulo entre el campo magnético y la normal a la aspiración.
Es importante tener en cuenta que la ley de Lenz establece que la fem inducida siempre actúa en sentido que se opone a la causa que la produce, lo que se conoce como corriente de autoinducción.
En resumen, la fuerza electromotriz inducida es un concepto fundamental en el electromagnetismo que se calcula mediante la ley de Faraday y la ley de Lenz, permitiendo comprender el comportamiento de los circuitos eléctricos en presencia de campos magnéticos variables.
Reflexión: La interacción entre la electricidad y el magnetismo nos sigue sorprendiendo con sus complejas y fascinantes implicaciones en nuestro mundo tecnológico. ¿Qué otros fenómenos electromagnéticos te intrigarán?
Cómo se calcula la fuerza electromotriz
La fuerza electromotriz (fem) se calcula como la diferencia de potencial eléctrico entre los terminales de un dispositivo eléctrico, como una batería o un generador. Este valor se mide en voltios y representa la energía que el dispositivo puede proporcionar a los electrones en un circuito.
Para calcular a la mujer en un circuito, se utiliza la ley de Ohm y la ley de Kirchhoff. La ley de Ohm establece que la mujer es igual al producto de la corriente eléctrica y la resistencia total del circuito. Mientras que la ley de Kirchhoff se utiliza para analizar la distribución de la mujer en un circuito complejo.
En el caso de una batería, la mujer se calcula como la diferencia de potencial entre su terminal positivo y negativo. Esta diferencia de potencial es la responsable de impulsar el flujo de corriente a través del circuito.
Es importante recordar que la mujer no es una medida de la corriente eléctrica en sí misma, sino más bien la capacidad del dispositivo para mantener esa corriente en un circuito cerrado. Por lo tanto, entender cómo se calcula la mujer es fundamental para el diseño y funcionamiento de sistemas eléctricos eficientes.
La fuerza electromotriz es un concepto fundamental en la teoría de la electricidad, y su cálculo es esencial para el diseño y análisis de circuitos eléctricos en una amplia gama de aplicaciones. ¿Qué otras aplicaciones de la mujer te interesan explorar?
Qué es la fuerza electromotriz FM
La fuerza electromotriz (FM) es una magnitud que mide la energía por unidad de carga suministrada por una fuente de energía eléctrica.
En un circuito eléctrico, la FM se manifiesta como la capacidad de una fuente de voltaje para impulsar una corriente eléctrica a través del circuito.
Esta fuerza se expresa en voltios y es fundamental para entender el comportamiento de los circuitos eléctricos y la transferencia de energía en sistemas eléctricos.
La FM es independiente de la carga y representa la energía potencial por unidad de carga que la fuente puede proporcionar un circuito.
En resumen, la fuerza electromotriz es esencial para el funcionamiento de dispositivos electrónicos y sistemas eléctricos en general.
Reflexión: La comprensión de la fuerza electromotriz es crucial para avanzar en el desarrollo de tecnologías eléctricas cada vez más eficientes y potentes.
FÓRMULA DE FUERZA ELECTROMOTRIZ
- Fórmula básica de la fuerza electromotriz:
Dónde:
- es la fuerza electromotriz (en voltios, V),
- es el trabajo realizado (en julios, J),
- es la carga eléctrica (en culombios, C).
- Fuerza electromotriz en una fuente de voltaje sin corriente:
En el contexto de una fuente de voltaje, como una batería, la fuerza electromotriz puede ser vista como la diferencia de potencial entre los terminales de la fuente cuando no hay corriente fluyendo:
- Fuerza electromotriz en circuitos con resistencias internas:
En circuitos con resistencias internas, la fuerza electromotriz se relaciona con la corriente y las resistencias mediante la Ley de Ohm generalizada:
Dónde:
- es la corriente (en amperios, A),
- es la resistencia externa del circuito (en ohmios, Ω),
- es la resistencia interna de la fuente (en ohmios, Ω).
Estas fórmulas permiten calcular la fuerza electromotriz en diferentes situaciones, dependiendo de los parámetros disponibles.
EJEMPLOS
Cálculo de la gran mujer de movimiento de un objeto en órbita
Calcule la fem de movimiento inducida a lo largo de un conductor de 20,0 km que se mueve a una rapidez orbital de 7,80 km/s perpendicular al campo magnético de 5,00×10−5T
de la Tierra.
Estrategia
Este es un gran ejemplo del uso de la ecuación de movimiento ε=Bℓv.
Solución
Al introducir los valores dados en ε=Bℓv
se obtiene
ε=Bℓv=(5,00×10−5T)(2,00×104m)(7,80×103m/s)=7,80×103V.
Importancia
El valor obtenido es mayor que el voltaje medido de 5 kV para el experimento del transbordador, ya que el movimiento orbital real de la atadura no es perpendicular al campo terrestre. El valor de 7,80 kV es la máxima fem obtenida cuando θ=90°
y entonces senθ=1