EFECTO JOULE

GLORIA EVELIN VARGAS SIRPA

22 de septiembre de 2015

Indice

1. INTRODUCCION 1

2. OBJETIVO 1

3. MARCO TEORICO 13.1. EFECTO JOULE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1

4. PARTE EXPERIMENTAL 24.1. MATERIALES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24.2. PROCEDIMIENTO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24.3. DIBUJOS Y ESQUEMAS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3

5. ANALISIS E INTERPRETACION DEL EFECTO JOULE 5

6. CALCULO DE DATOS 5

7. GRAFICA DE DATOS 6

8. CONCLUSIONES 7

9. REFERENCIAS 7

1

Resumen

El efecto Joule, en palabras sencillas , es el desprendimiento de calor provocado por el movimientode electrones –tambien conocido como corriente electrica– por un material. Este efecto se recoge enla formula Q = P x t, donde “Q” es energıa o calor desprendido (tambien representada por la letraE y medida en Julios o Calorıas), “P” la potencia consumida (medida en vatios) y “t” el tiempotranscurrido (medido en segundos).

1. INTRODUCCION

Se conoce como efecto Joule al fenomeno irreversible por el cual si en un conductor circulacorriente electrica, parte de la energıa cinetica de los electrones se transforma en calor debidoa los choques que sufren con los atomos del material conductor por el que circulan, elevando latemperatura del mismo. El nombre es en honor a su descubridor, el fısico britanico James PrescottJoule.

El movimiento de los electrones en un cable es desordenado, esto provoca continuas colisionescon los nucleos atomicos y como consecuencia una perdida de energıa cinetica y un aumento de latemperatura en el propio cable.

2. OBJETIVO

Demostrar como la energıa electrica se transforma en calor generando energıa luminosa usandomalos conductores de calor como el grafito, demostrando ası el efecto Joule.

3. MARCO TEORICO

3.1. EFECTO JOULE

Este efecto es utilizado para calcular la energıa disipada en un conductor atravesado por unacorriente electrica de la siguiente manera:

P = V · IE = P · t

}−→ E = V · I · t

La potencia P disipada en un conductor es igual a la diferencia de potencial V a la que esta so-metido multiplicada por la intensidad de corriente I que lo atraviesa. La energıa desarrollada E esel producto de la potencia P por el tiempo t transcurrido, luego la energıa E es el producto de latension V por la intensidad I y por el tiempo t.

Si a esta expresion anadimos la Ley de Ohm tendremos:E = V · I · t

I =V

R

−→ E = I2 ·R · t

E =V 2

R· t

La energıa desarrollada es igual al cuadrado de la intensidad por la resistencia y por el tiempo,o lo que es lo mismo, el cuadrado de la tension dividido por la resistencia y por el tiempo.

La resistencia es el componente que transforma la energıa electrica en calor, (por ejemplo unhornillo electrico, una estufa electrica, una plancha etc.).

1

4. PARTE EXPERIMENTAL

4.1. MATERIALES

1. Tubo de carton.

2. Fuente de energia de 12 Voltios o Pilas de 1.5 V.

3. Cinta adhesiva.

4. 60 cm de conductor electrico

5. 2 Pinzas cocodrilo

6. 2 Clips o sujetadores

7. 1 Mina de lapiz

8. 1 Frasco de vidrio

9. 1 Plato

4.2. PROCEDIMIENTO

Se utiliza las baterıas o pilas de 1,5 voltios, o la fuente de energıa de 12 voltios lo primero que debeshacer es colocarlas en serie si utilizamos las baterias. Para lograr esto, colocas una seguida de laotra y las sujetas con con cinta adhesiva. Al final te quedaran 2 extremos, un polo positivo y unonegativo.

Para seguir con este experimento de fısica, corta dos trozos de conductor de 30 cm de longitud y“pela” sus extremos. Coloca una pinza cocodrilo en un extremo de cada conductor. Ahora tomaseso y los pegas en el tubo de carton como se muestra en el video. Los clips o sujetadores los aprietascon las pinzas.

Sobre estos sujetadores colocaremos con mucho cuidado, una mina de lapiz (las que utilizan losportaminas). Todo esto lo ubicamos sobre el plato y lo tapamos con el frasco. Ahora agregamos unpoco de agua en el plato, la suficiente como para que selle la entrada de aire hacia el frasco.

Para terminar con nuestra lampara casera, debemos conectar los extremos de los conductores alas baterıas. Como veras, la mina se pondras incandescente y emitira luz debido a su altısimatemperatura.

2

4.3. DIBUJOS Y ESQUEMAS

Materiales a utilizar

1er Paso

2do Paso

3

3er Paso

4to Paso

5to Paso

4

5. ANALISIS E INTERPRETACION DEL EFECTO JOULE

Debido a la resistencia de la mina del lapiz, el paso de los electrones a traves de este material sedificulta provocando que parte de su energıa cinetica, es decir parte de la energıa de desplazamientode la partıcula, sea convertida en calor, elevando la temperatura del grafito. Parte de esta energıacalorıfica se puede percibir como energıa luminosa; lo que provoca es brillo parecido al de unalampara. Una de las propiedades del grafito es su gran resistencia electrica, debido a la cual elpaso de los electrones se dificulta y provoca un choque entre las partıculas, el cual al estar a unapresion constante eleva la temperatura y por la estructura formada por atomos de carbon provocala combustion del grafito. Al llegar al punto de la total combustion el grafito deja de conducirelectrones y por tanto el circuito se deshace y deja de producir calor, disminuyendo la temperaturadel grafito y dejando emitir luz.

6. CALCULO DE DATOS

Nro (V) vol (T) seg (I) Am1 12 55 52 11.96 58 53 12 54 54 11.99 57 55 12 55 5

Calculo para el dato numero 1

P = V · IE = P · t

}−→ E = V · I · t

Si a esta expresion le anadimos la ley de OHM

E = V · I · t

I =V

R

−→ E = I2 ·R · t

E =V 2

R· t

P = 12 · 5 = 60E = 60 · 55 = 3300

}−→ E = 12 · 5 · 55 = 3300

E = 12 · 5 · 55 = 3300

I =12

2,40= 28,8

−→

E = 52 · 2,40 · 55 = 3300

E =122

2,40· 55 = 19 ∗ 103

Calculo para el dato numero 2

P = 11,96 · 5 = 59,8E = 59,8 · 58 = 3468,4

}−→ E = 11,96 · 5 · 58 = 3468,4

E = 11,96 · 5 · 58 = 3468,4

I =11,96

2,392= 5

−→

E = 52 · 2,392 · 58 = 3468,4

E =11,962

2,392· 58 = 19,845 ∗ 103

5

Calculo para el dato numero 3

P = 12 · 5 = 60E = 60 · 54 = 3240

}−→ E = 12 · 5 · 54 = 3240

E = 12 · 5 · 54 = 3240

I =12

2,4= 5

−→

E = 52 · 2,4 · 54 = 3240

E =122

2,4· 54 = 18,662 ∗ 103

Calculo para el dato numero 4

P = 11,99 · 5 = 59,95E = 59,95 · 57 = 3417,15

}−→ E = 11,99 · 5 · 57 = 3417,15

E = 11,99 · 5 · 57 = 3417,15

I =11,99

2,39= 5,01

−→

E = 5,012 · 2,39 · 57 = 3419,38

E =122

2,4· 54 = 18,662 ∗ 103

Calculo para el dato numero 5

P = 12 · 5 = 60E = 60 · 55 = 3300

}−→ E = 12 · 5 · 55 = 3300

E = 12 · 5 · 55 = 3300

I =12

2,40= 28,8

−→

E = 52 · 2,40 · 55 = 3300

E =122

2,40· 55 = 19 ∗ 103

7. GRAFICA DE DATOS

6

8. CONCLUSIONES

Luego de realizar este experimento concluimos que efectivamente como dice la Ley de Joulelos electrones que pasaban a traves del material con una resistencia, en este caso la mina de lapizcompuesta por el grafito, genera calor aumentando la temperatura. Este calor es dependiente ydirectamente proporcional a la intensidad del voltaje aplicado y obviamente a la cantidad del ma-terial conductor utilizado, es decir la longitud y el area de la mina del lapiz, esto es para verificar laresistencia electrica que es capaz de generar el material. Tambien se debe tomar en cuenta el tiempoque se aplico la corriente a la mina de lapiz, en este caso solo tardo alrededor de un segundo paraque las chispas se mostraran y la mina del lapiz comenzara a iluminarse; pero debido a que es unmaterial que puede ser combustionado, su duracion fue corta, demostrando ası lo poco efectivo quees este material en un ambiente con el oxıgeno que permite su combustion.

9. REFERENCIAS

leydejoule.blogspot.com/2013/05/aplicaciones-e-inconvenientes-del.htmlhttps://es.wikipedia.org/wiki/EfectoJoulehipertextual.com/2015/05/efecto-jouleenciclopedia.us.es/index.php/EfectoJoule

7