¿Qué es la ley de Joule y el efecto de calentamiento de la corriente eléctrica?

Ley de Joule: el efecto Joule o de calentamiento de las corrientes eléctricas y sus aplicaciones

El físico británico James Prescott Joule publicó en 1840-43 la ley de Joule (efecto Joel, ley Joule-Lenz o primera ley de Joule). Generar calor a través de la materia.

ley de Joule

ley de Joule Si una corriente de “I” amperios fluye a través de la resistencia “R” durante “t” segundos, el trabajo realizado (conversión de energía eléctrica en energía térmica) es:

trabajo realizado = calor = i²Rt … Joule

de nuevo

WD = calor = VIt … julios … (∴ R = V/I)

de nuevo

WD = calor = peso … julios … (∴ W = VI)

de nuevo

WD = térmica = V²t/R … Joule … (∴ I = V/R)

El trabajo realizado es la cantidad de energía térmica convertida a partir de electricidad que se disipa en el aire. En este caso, la cantidad de calor generado se puede calcular utilizando las siguientes fórmulas y fórmulas:

Calor generado = H = trabajo realizado / equivalente mecánico de calor = WD/J

dónde:

• J = 4187 julios/kcal = 4200 julios/kcal (aproximado)
• ∴ H = yo²Rt / 4200 kcal = VIt / 4200 kcal = Wt / 4200 kcal = V²t/4200kcal

Una kilocaloría (kcal) es la cantidad de calor necesaria para elevar la temperatura de 1 kilogramo (kg) de agua en 1 grado Celsius (1°C).

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Efecto de calentamiento de la corriente eléctrica.

La mayoría de las veces experimentamos calor después cuando la corriente fluye a través de conductores o cables y alambres. La razón detrás de esta escena es que cuando la corriente fluye a través de un conductor, la energía eléctrica aplicada se convierte en energía térmica, aumentando la temperatura del conductor.

Sabemos que el flujo de electrones en la materia se conoce como corriente eléctrica. Los electrones que se desplazan en el material chocan entre sí y chocan con los electrones de los átomos moleculares del material. El calor se genera cuando los electrones chocan. Esta es la razón por la cual se genera calor cuando una corriente eléctrica pasa a través de una sustancia. Este efecto se conoce como el efecto de calentamiento de la corriente eléctrica.

La cantidad de calor generado por la corriente eléctrica depende de la cantidad de corriente eléctrica y del material del material. Por ejemplo,

La corriente produce más calor en los aislantes (materiales que se oponen fuertemente al paso de la corriente, como el tungsteno, el nicrom, etc.), pero en los conductores (materiales por los que la corriente circula con mucha facilidad, ya que tiene poca o casi insignificante) es menor que la resistencia del aislante (oro, cobre, aluminio, etc.).

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¿Por qué el elemento calefactor brilla con el calor pero el cable del calefactor no?

Generalmente, los elementos calefactores de los calentadores están hechos de nicromo, que tiene una resistencia muy alta. Cuando se aplica un voltaje de potencia al elemento calefactor a través del cable, el material impide en gran medida el flujo de electrones en él. La deriva de electrones en el material calentado hace que los electrones choquen con electrones en los átomos del material. Esta colisión sucesiva de electrones calienta y hace brillar un elemento calefactor que proporciona energía térmica adicional. En pocas palabras, los elementos calefactores de nicromo convierten la energía eléctrica en energía térmica. Todo este proceso se conoce como el efecto de calentamiento de la corriente eléctrica.

Por otro lado, el cable de alambre que se conecta al calentador está hecho de un conductor, que tiene baja resistencia y permite que la corriente fluya fácilmente. Por lo tanto, solo se ilumina el elemento calefactor y el cable calefactor no se ilumina.

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Un ejemplo resuelto de la ley de Joule del efecto de calentamiento de la corriente eléctrica

ejemplo:

El calentador eléctrico contiene 1,6 kg de agua a 20 °C. Se tarda 12 minutos en calentar hasta 100°C. Sea la pérdida por radiación y calentamiento de la tetera de 10 kg-cal. Encuentre la potencia nominal del calentador.

Resolución

Calor necesario para llevar 1,6 kg de agua al punto de ebullición = 1,6 x 100 x 1 x (100-20) cal.

= 128000 cal.

Pérdida de calor = 10 x 1000 = 10000 cal.

calor total = 128000) + 10000 = 138000 cal.

donde calor generado = Wt = (W x 12 x 60) / 4,2 cal.

Calor generado = calor quitado por el calentador, es decir

= (ancho x 12 x 60)/4,2 = 138000

Ancho = (138000 x 4,2) / )12 x 60)

W=805W=0.8kW

Aplicación del efecto Joule de la corriente eléctrica y efecto de calentamiento.

La ley de Joule o el efecto de calentamiento de la corriente eléctrica se utiliza en muchas aplicaciones domésticas e industriales. A continuación se encuentran los instrumentos y dispositivos que utilizan el efecto de la corriente eléctrica.

• Estufas eléctricas, hornillos, termos y elementos calefactores
• plancha electrica
• placa caliente eléctrica
• soldadura eléctrica
• procesamiento de alimentos
• Filamento de bombilla incandescente o de luz
• Imagen térmica IR (termografía infrarroja de bulbo (IRT))
• Serpentín de calentamiento por resistencia, calentador de espacio (radiador eléctrico), calentador de inmersión, calentador PTC, calentador de cartucho, calentador de ventilador
• secador de pelo
• soldador
• Fusibles y elementos fusibles

Además de estas útiles aplicaciones del efecto de calentamiento de la corriente, la pérdida de potencia (I²R) se debe al hecho de que en las líneas eléctricas y de transmisión HVAC (corriente alterna de alto voltaje), el material de la línea eléctrica tiene cierta resistencia. Además, provoca serios problemas de calentamiento en máquinas y equipos eléctricos como transformadores, generadores y motores.

Además, existen pérdidas de calor por radiación (transferencia de calor en forma de ondas de calor) y convección (movimiento molecular de los materiales utilizados), por lo que no se puede aprovechar en absoluto la eficiencia térmica o eficiencia de calentamiento de la corriente eléctrica. transferencia de calor).

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