Qué establece la ley de Joule
Idea inicial: Un cable o resistor puede calentarse cuando circula corriente. La energía eléctrica no desaparece: parte se transfiere al entorno como energía térmica. Aumentar la corriente produce un efecto especialmente grande porque aparece elevada al cuadrado.
Cuando una corriente atraviesa un resistor, se transfiere energía eléctrica al entorno principalmente como energía térmica. Para corriente y resistencia constantes durante el intervalo, la energía disipada es Q = I²Rt.
La letra Q representa energía transferida como calor y se mide en joules (J). No debe confundirse con el símbolo de la unidad. Como P = I²R, la misma relación puede escribirse Q = Pt. Duplicar la corriente cuadruplica Q si R y t no cambian.
Conexiones de la familia
La Ley de Watt calcula la potencia del resistor. La carga eléctrica es la propiedad cuyo movimiento ordenado forma la corriente.
Fórmula principal
Para corriente y resistencia constantes, la energía térmica es proporcional al cuadrado de I, a R y al tiempo.
Magnitudes, símbolos y unidades
| Magnitud | Símbolo | Unidad | Símbolo de unidad | Nota |
|---|---|---|---|---|
| Energía térmica | Q | joule | J | Energía transferida como calor. |
| Corriente | I | ampere | A | Carga que atraviesa una sección por tiempo. |
| Resistencia | R | ohm | Ω | Propiedad resistiva del elemento. |
| Tiempo | t | segundo | s | Duración del intervalo. |
| Potencia disipada | P | watt | W | P=I²R. |
Fórmulas derivadas
Potencia resistiva
P = I²RProcedencia: Se divide Q=I²Rt entre t.
Cuándo usarla: I y R constantes.
Con tensión
Q = V²t/RProcedencia: Se combina con I=V/R.
Cuándo usarla: Resistor óhmico y valores constantes.
Tiempo
t = Q/(I²R)Procedencia: Se despeja t.
Cuándo usarla: I y R conocidos y no nulos.
Cómo aplicar la ley de Joule
Identifica el resistor
Delimita el elemento y el intervalo.
Revisa condiciones
Comprueba si I y R pueden considerarse constantes.
Convierte unidades
Usa A, Ω y s para obtener J.
Elige la expresión
Usa I²Rt, V²t/R o Pt según los datos.
Calcula
Eleva I al cuadrado antes de multiplicar.
Interpreta
Distingue energía acumulada Q de potencia P.
10 ejemplos resueltos de la ley de Joule
Cada solución avanza de la situación concreta a la interpretación del resultado. Comprueba los datos, las unidades y el sentido de la conclusión antes de continuar.
Cálculo directo
Q=200 J
Problema: Por un resistor de 5 Ω circula una corriente constante de 2 A durante 10 s. ¿Cuánta energía térmica disipa?
- Datos: I = 2 A; R = 5 Ω; t = 10 s
- Principio: Q = I²·R·t
- Sustitución: Q = (2 A)²·(5 Ω)·(10 s)
- Cálculo: Q = 4·5·10 = 200 J
- Resultado: Q=200 J
- Interpretación: El resistor transfiere 200 J de energía al entorno en 10 s.
Corriente menor
Q=300 J
Problema: Por un resistor de 20 Ω circula una corriente constante de 0,5 A durante 60 s. ¿Cuánta energía térmica disipa?
- Datos: I = 0,5 A; R = 20 Ω; t = 60 s
- Principio: Q = I²·R·t
- Sustitución: Q = (0,5 A)²·(20 Ω)·(60 s)
- Cálculo: Q = 0,25·20·60 = 300 J
- Resultado: Q=300 J
- Interpretación: Primero se eleva la corriente al cuadrado: (0,5)² = 0,25.
Desde potencia
Q=1200 J
Problema: Un resistor disipa una potencia constante de 40 W durante 30 s. ¿Qué energía térmica transfiere?
- Datos: P = 40 W; t = 30 s
- Principio: Q = P·t
- Sustitución: Q = (40 J/s)·(30 s)
- Cálculo: Q = 40·30 = 1200 J
- Resultado: Q=1200 J
- Interpretación: Como 1 W equivale a 1 J/s, los segundos se cancelan y el resultado queda en joules.
Obtener tiempo
t=10 s
Problema: Un resistor de 10 Ω disipa 900 J cuando circulan 3 A constantes. ¿Cuánto tiempo dura el proceso?
- Datos: Q = 900 J; I = 3 A; R = 10 Ω
- Principio: t = Q/(I²·R)
- Sustitución: t = (900 J)/[(3 A)²·(10 Ω)]
- Cálculo: t = 900/90 = 10 s
- Resultado: t=10 s
- Interpretación: Con esos valores de corriente y resistencia, hacen falta 10 s para disipar 900 J.
Con tensión
Q=120 J
Problema: Un resistor de 6 Ω mantiene 12 V entre sus extremos durante 5 s. ¿Cuánta energía térmica disipa?
- Datos: V = 12 V; R = 6 Ω; t = 5 s
- Principio: Q = V²·t/R
- Sustitución: Q = (12 V)²·(5 s)/(6 Ω)
- Cálculo: Q = 144·5/6 = 120 J
- Resultado: Q=120 J
- Interpretación: La potencia es V²/R = 24 W; durante 5 s produce 24·5 = 120 J.
Duplicar corriente
Q2=4Q1
Problema: En un mismo resistor y durante el mismo tiempo, la corriente cambia de I a 2I. ¿Cómo cambia la energía térmica disipada?
- Datos: Q₁ = I²·R·t; Q₂ = (2I)²·R·t; R y t no cambian
- Principio: Q es proporcional a I²
- Sustitución: Q₂ = (2I)²·R·t = 4I²·R·t
- Cálculo: Q₂/Q₁ = 4I²Rt/(I²Rt) = 4
- Resultado: Q2=4Q1
- Interpretación: Duplicar la corriente cuadruplica la energía térmica cuando la resistencia y el tiempo permanecen constantes.
Calefactor doméstico
Q = 360 000 J = 360 kJ.
Problema: Un calefactor opera con 120 V y 10 A durante 5 min. ¿Qué energía transforma por efecto Joule?
- Datos: V = 120 V; I = 10 A; t = 5 min = 300 s.
- Principio: Q = VIt.
- Sustitución: Q = 120×10×300.
- Cálculo o razonamiento: 120×10×300 = 360 000.
- Resultado: Q = 360 000 J = 360 kJ.
- Interpretación: Se supone que la energía eléctrica termina principalmente como energía interna del calefactor y del ambiente.
Pérdida en un cable
Q = 1200 J.
Problema: Un cable tiene R = 0,050 Ω y conduce 20 A durante 60 s. ¿Cuánto calor genera?
- Datos: I = 20 A; R = 0,050 Ω; t = 60 s.
- Principio: Q = I²Rt.
- Sustitución: Q = 20²×0,050×60.
- Cálculo o razonamiento: 400×0,050×60 = 1200.
- Resultado: Q = 1200 J.
- Interpretación: Incluso una resistencia pequeña puede producir calentamiento apreciable cuando la corriente es grande.
Resistencia desconocida
R = 6 Ω.
Problema: Un resistor genera 7200 J con 2 A durante 5 min. ¿Cuál es su resistencia?
- Datos: Q = 7200 J; I = 2 A; t = 300 s.
- Principio: R = Q/(I²t).
- Sustitución: R = 7200/(2²×300).
- Cálculo o razonamiento: 2²×300 = 1200; 7200/1200 = 6.
- Resultado: R = 6 Ω.
- Interpretación: El tiempo debe convertirse a segundos para obtener ohms con unidades del SI.
Dos resistores en serie
El resistor de 6 Ω produce el doble de calor.
Problema: Dos resistores de 3 Ω y 6 Ω llevan la misma corriente de 2 A durante 10 s. ¿Cuál produce más calor?
- Datos: R₁ = 3 Ω; R₂ = 6 Ω; I = 2 A; t = 10 s.
- Principio: Q = I²Rt; con igual I y t, Q es proporcional a R.
- Sustitución: Q₁ = 2²×3×10; Q₂ = 2²×6×10.
- Cálculo o razonamiento: Q₁ = 120 J; Q₂ = 240 J.
- Resultado: El resistor de 6 Ω produce el doble de calor.
- Interpretación: La comparación usa corriente igual, condición propia de estos resistores conectados en serie.
Ahora te toca a ti
Ejercicio 1
I=1 A, R=10 Ω, t=5 s. Halla Q.
Comprobar respuesta
Respuesta: 50 J.
1²·10·5.
Ejercicio 2
P=25 W durante 4 s. Halla Q.
Comprobar respuesta
Respuesta: 100 J.
Q=Pt.
Ejercicio 3
I=2 A y R=3 Ω. Halla P.
Comprobar respuesta
Respuesta: 12 W.
P=I²R=4·3.
Ejercicio 4
Si I se triplica, ¿por cuánto cambia Q?
Comprobar respuesta
Respuesta: Por nueve.
Q es proporcional a I².
Ejercicio 5
¿J y W miden lo mismo?
Comprobar respuesta
Respuesta: No.
J mide energía y W potencia.
Errores frecuentes
Error: Usar J como variable y unidad sin distinguir.
Corrección: Usa Q para energía y J para joule.
Evita ambigüedad.
Error: Escribir ohm como W.
Corrección: Usa Ω.
W es watt, unidad de potencia.
Error: Olvidar elevar I al cuadrado.
Corrección: Calcula I² antes de multiplicar.
La dependencia es cuadrática.
Error: Confundir Q con P.
Corrección: Q es energía; P=Q/t es potencia.
Sus unidades son J y W.
Error: Aplicar la fórmula con valores muy variables sin aclararlo.
Corrección: Divide en intervalos o usa una formulación adecuada.
La expresión simple supone valores constantes.
Pon a prueba lo aprendido
Pregunta 1 de 10
La fórmula principal es:
Pregunta 2 de 10
Q se mide en:
Pregunta 3 de 10
R se mide en:
Pregunta 4 de 10
Si I se duplica, Q:
Pregunta 5 de 10
P resistiva es:
Pregunta 6 de 10
Q=Pt relaciona:
Pregunta 7 de 10
2 A, 5 Ω, 10 s producen:
Pregunta 8 de 10
W mide:
Pregunta 9 de 10
J mide:
Pregunta 10 de 10
La fórmula simple supone:
Resultado del test
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Revisa tus errores
Preguntas frecuentes
La energía transferida como calor por el paso de corriente en un elemento resistivo.
Porque P=VI y, para un resistor óhmico, V=IR; entonces P=I²R.
En el SI se expresa en joules; puede convertirse a otras unidades cuando sea necesario.
No. Watt trata potencia eléctrica; Joule aplica esa potencia al calentamiento resistivo durante un tiempo.
No. La distribución de energía depende del dispositivo; la ley modela la disipación resistiva.
Fuentes y revisión editorial
Cómo citar este artículo
Editorial Ejemplode. (2026, 5 de agosto). Ley de Joule: fórmula y ejemplos resueltos. https://www.ejemplode.com/fisica/ley-de-joule/
Fuentes consultadas
- OpenStax University Physics Volume 2, 9.5: Electrical Energy and PowerEnergía eléctrica, potencia y calentamiento resistivo.
- OpenStax Physics, 19.4: Electric PowerPotencia P=VI, relaciones resistivas y energía.
- OpenStax University Physics Volume 2, 9.1: Electrical CurrentCorriente como flujo de carga por tiempo.
- NIST Guide to the SI, Chapter 4Unidades SI: coulomb, volt, ampere, ohm, watt y joule.
- BIPM: SI Brochure, 9th editionSistema Internacional y unidades derivadas.
Responsable editorial
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