Ley de Joule

Ley de Joule
Juan Carlos G2020-01-03

Uno de las leyes fundamentales de la electrónica es la ley de Joule y si estas empezando en el diseño electrónico debes de comprende este concepto el cual no es muy difícil de entender, hoy te lo explicaré de una forma sencilla para ayudarte a complementar tus conocimientos, y si te gusta ayúdame compartiendo en tus redes para poder seguir creando mas contenido como este.

 

 

¿Qué es el la ley de Joule?

Se conoce como ley de Joule al roce del flujo de las cargas eléctricas o electrones libres con los átomos, lo que implica un calentamiento del material.

Efecto Joule

En términos coloquiales se puede decir que el efecto Joule es el calentamiento de los conductores cuando una corriente eléctrica circula a través de ellos, y esto se debe al roce de los electrones con los átomos del conductor.

 

¿Quién dio origen a la ley de Joule?

La ley de Joule debe su nombre al gran James Prescott Joule, quien en 1841 estudio por primera vez este concepto, no hay que confundir la unidad de medida Joule con la ley de Joule, ya que la unidad de medida en el Sistema Internacional de Unidades es utilizada para medir el trabajo, energía y calor, mientras la la ley explica la relación entre la corriente eléctrica que circula a través de una resistencia eléctrica o conductor y el calor disipado.

Se presume que el experimento que realizo James fue sumergir un pedazo de alambra en una cantidad fija de agua, en la cual observo un aumento de temperatura en el conductor durante un periodo de 30 minutos, dedujo que se debía al paso de una corriente que circulo en el alambre durante ese tiempo.

Gracias a este experimento esta ley vio la luz del sol, ya que James dedujo que la variación de la corriente con la longitud del alambre y el calor producido era proporcional al cuadrado de la corriente multiplicado por la resistencia del alambre.

 

Factores principales de la ley de Joule

Existen 3 factores que definen la cantidad de calor producido cuando una corriente eléctrica circula a través de cierto material:

  • La intensidad de la corriente
  • Resistencia del material
  • Tiempo en que dura esta circulación de corriente

Al analizar estos 3 factores y con mucho esfuerzo e inteligencia Joule dedujo una expresión para explicar este efecto.

 

Formula general de la ley de Joule

 

Formula general de la ley de Joule
Formula general de la ley de Joule

 

Donde

  • H es la cantidad de calor generado en calorías [cal]
  • I es la intensidad de corriente eléctrica en amperes
  • R es la resistencia eléctrica en Ohms
  • t es el tiempo en segundos

 

Esta formula es una de las mas importantes en muchas aplicaciones, por ejemplo, en fabricas que utilizan hornos y necesitan calcular el calor producido por hora, en el siguiente ejemplo me base en un libro que utilice en la universidad que se llama "Electricidad y Conceptos básicos" no encontré ninguna referencia sobre el de donde comprarlo, pero así se llama.

 

Ejemplo ley de Joule

Imagina que estas en una fabrica con un horno que funciona gran parte del día, y necesitas conocer cuanto calor desprende cada hora y además cuenta con los siguientes datos:

  • 230 Volts
  • Resistencia eléctrica de 21.16 Ohms

¿Calcular el calor disipado en el rango de tiempo dado?

Para responder a este ejercicio necesitas conocer algo de la ley de Ohm ya que si te das cuenta en la formula de la ley de Joule debemos conocer la corriente, y en este caso no, nos proporciona dicho dato. Aquí te dejo mi artículo donde hablo de la ley de Ohm por si no la conoces.

 

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Continuemos, según la ley de Ohm necesitamos la siguiente formula para obtener la corriente.

Formula de la corriente por ley de Ohm
Formula de la corriente por ley de Ohm

 

Si sustituimos los datos tenemos que la corriente vale 10.87 Amperes

I = 230 / 21.16 = 10.87 A

Ahora los datos nos indican que el tiempo es una hora pero la formula lo requiere en segundos así que debemos convertir esa hora en segundos lo cual es igual a 1 hora = 3,600 segundos, excelente ya tenemos todos los datos, hay que sustituir en la formula general.

H = (10.87)2 * 21.16 * (3,600) * 0.24 = 2,160, 172.8 cal ≅ 2.16 kcal

Por lo tanto, nuestro horno disipara 2.16 kcal en una hora y debemos ser cuidadosos cuando estemos cerca de el.

 

El efecto Joule va muy ligado con lo que es la potencia eléctrica, te recomiendo este artículo en el que profundizo mas en el tema de la potencia y que creo también te servirá mucho, no olvides por favor en compartir, gracias.

 

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Juan Carlos G

Electrónica y diseño web

Cree este blog para compartir uno de los temas que más me apasionan que es la electrónica, por lo tanto, además de tutoriales de electrónica, encontrarás en algunas páginas recomendaciones de productos relacionados a los LED principalmente.

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