Ejemplo de Ley De Joule

Cuando circula una corriente eléctrica, una parte de la energía se convierte en trabajo, y otra parte se convierte en calor. Este calor se produce porque al recorrer la corriente eléctrica el circuito, debe vencer la resistencia que ofrece el conductor. Esta energía aplicada para vencer la resistencia se desprende en forma de calor.

Este fenómeno fue observado por el científico inglés James Prescott Joule, quien observó además las relaciones que existen entre el tiempo que circula la corriente, así como la intensidad de esa corriente, con el calor o con el trabajo generado, y usó diferentes métodos de medición de la corriente y del calor generado. El enunciado de la Ley de Joule es el siguiente:

El calor producido en un conductor por el paso de la corriente es directamente proporcional a la resistencia, al cuadrado de la corriente y al tiempo que está conectado.

La Corriente, medida en Amperes, pasa a través de los conductores; mientras más resistencia al paso de la corriente tenga un conductor, más difícil será a los electrones moverse a través del conductor. La energía que se usa para poder mover el flujo de electrones se disipa en forma de calor.

Las observaciones de Joule se sintetizan en la siguiente fórmula:

J = I²*R*t
J = Es la medida del calor producido, que se mide en Joules. Un joule equivale a 0.24 calorías.
I = Es la Corriente. Se mide en amperes.
R = Resistencia del conductor o de la carga, medida en Ohms (W)
t = Es el tiempo que circula la corriente por el conductor, o también el tiempo que permanece conectado el circuito. Se mide en segundos.

A partir de esta fórmula, podemos calcular cualquiera de las otras magnitudes:

I = √(J)/(R*t)
R = (J)/(I²*t)
t = (J)/( I²*R)

Ejemplos de la Ley de Joule

Ejemplo 1. Calcular el calor producido por una corriente de 2A sobre una resistencia de 150 W, durante 7 segundos.

J = ?
I = 2 A
R = 150 W
t = 7 s
J = I²*R*t
J = (2²)(150)(7) = (4)(150)(7) = 4200 J

Se producen 4200 Joules de calor.

Ejemplo 2. Calcular la corriente que circula por un circuito, si sabemos que sobre una resistencia de 150 W, durante 3 segundos se producen 1500 J.

J = 1500 J
I = ?
R = 80 W
t = 3 s
I = √(J)/(R*t)
I = √(1500)/(80*3) = √(1500)/(240) = √6.25 = 2.5 A

La Corriente del Circuito es de 2.5 Amperes.

Ejemplo 3. Calcular la resistencia del conductor, si sabemos que la corriente es de 1.25 A, el tiempo es de 4.5 segundos y el calor producido es de 1458 J.

J = 1458 J
I = 1.2 A
R = ?
t = 4.5 s
R = (J)/(I²*t)
R = (1458)/(1.2²)(4.5) = (1458)/(1.44)(4.5) = (1458)/(6.48) = 225 W

La resistencia del conductor es de 225 Ohms.

Ejemplo 4. Calcular durante cuánto tiempo está conectado un circuito, si la corriente es de 500 mA, la resistencia del conductor es de 125 W y el calor producido es de 31.25 J.

J = 31.25 J
I = 500 mA = 0.5 A
R = 125 W
t = ?
t = (J)/( I²*R)
t = (31.25)/(0.5²)(125) = (31.25)/(0.25)(125) = (31.25)/(31.25) = 1 s

El circuito está conectado durante 1 segundo.