Ley de JOULE

LEY DE JOULE

Es probable que, por experiencia propia, usted ya sepa que

la mayor parte de los equipos eléctricos indican su voltaje y

potencia, en volts y watts. Las

lámparas eléctricas de 220

volts, también indican sus watts y suelen identificarse más

en watts que en volts.

 Qué significa esta indicación en watts para los equipos
eléctricos?

Los watts de las lámparas eléctricas y otros equipos

indican la velocidad con que la energía eléctrica se

convierte en otra forma de energía, como calor o luz.

Cuanto mayor sea la rapidez con que la lámpara convierte

energía eléctrica en luz, mayor será su luminosidad. De

este modo, una lámpara de 100 watts suministra más luz

que una de 75 watts.

Ley de Joule

En la aplicación práctica de este efecto, son

particularmente importantes las relaciones entre las

magnitudes eléctricas corriente (I), voltaje (U) y resistencia (R) con la cantidad Q de calor

desarrollado.

La cantidad de calor se mide en calorías. Una calo

ría (cal) es la cantidad necesaria para llevar a 1ºC

la temperatura de 1g de agua.

Joule encontró, como consecuencia de sus experiencias, que una corriente de 1 Amp desarrolla

0.239 cal en una resistencia de 1 W. Este número, determinado por la experiencia, se llama

equivalente termoeléctrico.

 

De acuerdo con la gráfica de la figura anterior,

cuando la corriente empieza a circular, su valor es

pequeño. Sin embargo, a medida que las líneas

de fuerza se mueven hacia afuera, disminuye

progresivamente el número de líneas que cortan

al conductor cada segundo, por lo que también

disminuye progresivamente la f.c.e.m. Después de

cierto tiempo, las líneas de fuerza alcanzan su

mayor expansión, deja de producirse la f.c.e.my la única f.e.men el circuito es la de la fuente de

voltaje. Entonces puede circular por el alambre

la corriente máxima pues la inductancia ya no

reacciona contra la fuente de voltaje.

 Funcionamiento de un Capacitor

En el instante en que se cierra el interruptor, el

terminal negativo de la batería empieza a

impulsar electrones a la placa superior del

capacitor, así como también se extraen

electrones de la placa inferior del capacitor al

extremo positivo de la batería. A medida que se

establece una diferencia de electrones entre las

2 placas, aparecen líneas de fuerza

electrostáticas entre ellas.

¿Que es la electricudad?

                                    principios de la electricidad

                                     ¿Que es electricidad?

 la electricidad es la  acción que produce los electrones al trasladarse de un punto a otro,o la falta o exceso  de electrones en un material.

                     

Todos los efectos de la electricidad pueden explicarse

 y predecirse presumiendo la existencia de una

diminuta partícula denominada electrón. Aplicando esta teoría electrónica, los hombres de ciencia

han hecho predicciones y descubrimientos que pocos

años atrás parecían imposibles. La teoría

electrónica no sólo constituye la base para el diseño de equipos eléctricos y electrónicos de todo

tipo, sino que explica los fenómenos químicos y permite a los químicos predecir y formar nuevos

compuestos, como las maravillosas drogas sintéticas.

En vista de que la presunción de la existencia

del electrón ha conducido a tantos importantes

descubrimientos en el campo de la electricidad, la electrónica, la química y la física atómica,

podemos suponer sin temor a equivocarnos que el

electrón es una realidad. Todos los equipos

eléctricos y electrónicos han sido diseñados en base a la teoría de los electrones

            

                      ¿ Como se desplaza  el electrón en un material?

Para que los electrones puedan moverse es necesario

que alguna forma de energía se convierta en

electricidad. Se pueden emplear seis formas de energía,

cada una de la cuales podría considerarse como fuente

independiente de electricidad

                             

Para entender bien estos conceptos, debemos empezar

por el principio: conociendo al electrón, al átomo y a

la estructura atómica de la materia

                           ¿ MATERIA ES?

La materia puede definirse como cualquier cuerpo

que ocupa un lugar en

el espacio y tiene

peso. Por ejemplo la madera, el aire, el agua, etc. Toda materia está compuesta de moléculas

formadas por combinaciones de átomos, los cuales son partículas muy pequeñas. Los

principales elementos que forman al átomo son el electrón, el protón, el neutrón y el núcleo.

                                      ESTRUCTURA DE UN ÁTOMO

En el núcleo de un átomo hay:

• protones, que tienen una

carga positiva (+);

• neutrones, que no poseen

carga.

Los electrones, en cambio, se

encuentran girando en órbitas

alrededor del núcleo y tienen 

carga negativa (-).

.

.

                        ¿Cuál es el origen de la electricidad?

Los electrones giran alrededor

del núcleo debido al equilibrio

de dos fuerzas: la fuerza propia

del electrón que lo mantiene

siempre en movimiento y la

fuerza de atracción que ejerce

el núcleo sobre el electrón.

Los electrones que se

encuentran en la órbita más

lejana del núcleo pueden salirse

de sus órbitas, aplicándoles

alguna fuerza externa como un

campo magnético o una

reacción química. A este tipo de

electrones se les conoce como

electrones libres.

El movimiento de electrones libres de un átomo a otro origina lo que se conoce como corriente de

electrones, o lo que también se denomina corriente

eléctrica. Ésta es la base de la electricidad

               Electricidad Estática y Dinámica.

Los electrones son negativos y se ven atraídos por

cargas positivas. Siempre habrá atracción desde

una fuente en donde haya exceso de electrones hacia

una fuente que tenga deficiencia de electrones,

la cual tiene una carga positiva. Para que un materi

al pueda estar eléctricamente cargado, debe tener

más electrones que protones, o viceversa

ELECTRICIDAD ESTÁTICA/CARGA

ELÉCTRICA

Cuando los electrones viajan por

 un cuerpo y llegan al borde del

 mismo se genera electricidad. Esta electricidad se

manifestó sólo por acción de presencia,

por lo tanto es llamada electricidad

estática o carga eléctrica.

                                    ELECTRICIDAD DINÁMICA/CORRIENTE

                                                 

   Cuando los electrones fluyen

por un cuerpo desde un extremo

hacia el otro se genera la electricidad dinámica o

corriente eléctrica

 

Con la electricidad estática podemos tener descargas, pero con la electricidad

dinámica obtenemos efectos diferentes, como por

ejemplo: luz, calor, fuerza motriz, etc.

                                 tipos de energía

Fricción.

Se produce al frotar 2 materiales. Uno de los objetos gana electrones y el otro los pierde.

El sistema completo no gana ni pierde electrones.

Si los objetos que se friccionan son muy conductor

es, esas cargas se neutralizan rápidamente.

Si por el contrario son poco conductores,

ambos objetos quedan con carga eléctrica

Tipos de energia.

Presión (piezoelectricidad)

Se produce sometiendo a presión mecánica cristales llamados piezoeléctricos.El uso más habitual es el de los encendedores electrónicos que, al recibir un golpe, generan una

corriente eléctrica de alto voltaje que crea la

chispa para el encendido. Este fenómeno también se

presenta a la inversa, esto es, se deforman bajo la

acción de fuerzas internas al ser sometidos a un

campo eléctrico. El efecto piezoeléctrico es normalmente

 reversible: al dejar de someter los cristales

a un voltaje exterior o campo eléctrico, recuperan su forma.

Otros usos industriales incluyen sensores de vibración y transductores.Los cristales de uso más corriente son el cuarzo y el rubidio.

 

 Calor (termoelectricidad)

Se produce al calentar una unión de 2 metales disímiles

Las termocuplas se utilizan como medidas de

seguridad, por ejemplo estufas o calefones.

Cuando reciben calor provocan electricidad, y

cuando dejan de recibir,hacen cerrar el circuito

para evitar pérdidas de gas.

                                      Luz (fotoelectricidad)

Se produce por la incidencia de luz en sustancias 

fotosensibles (sensibles a la luz).

.

EJEMPLO

La célula fotoeléctrica depende de una batería o de alguna otra fuente de electricidad en su función de determinar variaciones de luz.

Acción química

Se produce por una reacción química.En las pilas primarias pueden emplearse

casi todos los metales, ácidos y sales.

Muchos tipos de pilas primarias se usan en

laboratorios y con fines especiales, pero la que habrá

utilizado Ud. y que utilizará con mayor frecuencia es la pila seca. Utilizará pilas secas de distinto

tamaños, formas y pesos, desde la pila de la linterna

 tipo lápiz hasta la pila extra grande de las

linternas de emergencia. Cualquiera sea su tamaño,

siempre encontrará que el material empleado y

el funcionamiento de toda pila son los mismos

 Magnetismo

El magnetismo se produce en un conductor cuando éste se mueve a través de un campo magnético o un campo magnético se mueve a través del conductor, de tal manera que el conductor corte las

líneas de campo magnético.

El método más común para producir la electricidad que se utiliza como corriente eléctrica es el que emplea el magnetismo. La fuente de electricidad tiene que ser capaz de mantener una carga grande

debido a que la misma se emplea para suministrar corriente eléctrica. Si bien el frotamiento, la presión, el calor y la luz son fuentes de electricidad, su uso se limita a aplicaciones menores.

Toda la corriente eléctrica que se utiliza, excepto para equipos de emergencia y portátiles, tiene su origen en una dinamo o alternador instalado en una planta eléctrica. No importa como sea accionada, sea por fuerza hidráulica, una turbina de vapor o un motor de combustión interna; la corriente eléctrica que produce es el resultado de la acción de los alambres conductores y los imanes

que están dentro de ella.Cuando los alambres se desplazan junto a un imán o el imán se desplaza junto a los alambres, se

produce electricidad en éstos debido al magnetismo existente en el material magnético.

Circuitos electricos.

Voltaje (Diferencia de Potencial)

Para que exista una corriente eléctrica se requiere de algo que fuerce a que los electrones circulen ordenadamente; una fuerza de origen eléctrica, denominada fuerza electromotriz (f.e.m), cuya unidad es el volt (V). Esta fuerza es la que proporcionan los generadores de electricidad como las pilas, baterías, alternadores, etc. En los generadores de electricidad, como consecuencia de algún tipo de proceso, se produce en su interior lo que se llama una f.e.m la cual se puede definir de la siguiente manera:

Fuerza electromotriz

Es la fuerza que obliga a los electrones a moverse (dentro del

generador), y que tiene por efecto producir una tensión eléctrica

La tensión eléctrica, que se expresa en volts, es la fuerza que hace que los electrones se muevan ordenadamente en una cierta dirección a través delas líneas conductoras (circuito), o sea, lo que

hace que aparezca una corriente eléctrica. Este principio se ilustra en la figura

 

 Potencial Eléctrico

Se define por potencial eléctrico en un punto al trabajo necesario

para trasladar la unidad de carga eléctrica positiva desde el

infinito hasta dicho punto. Es un trabajo por unidad de carga, que

se mide en volts (V). La unidad volt resulta ser pues el

trabajo de un Joule (J) sobre la carga de un Coulomb (C).

DIFERENCIA DE POTENCIAL

Se define por diferencia de potencial entre dos puntos al trabajo

necesario para que la unidad de carga se traslade de un punto a

otro. La diferencia de potencial también se mide en volts.

PRINCIPIOS DE FUNCIONAMIENTO

Como hemos visto, el flujo de corriente siempre se produce cuando la mayor parte del movimiento de electrones se realiza en una dirección. Además, este movimiento se hace desde una carga (-) a una carga positiva (+), y sólo se produce cuando existe diferencia de carga. Para crear la carga es necesario mover a los electrones, ya sea para causar un exceso o una falta de los mismos en el lugar donde debe existir la carga. Las cargas se pueden obtener con cualquiera de Las fuentes de electricidad que se han visto

anteriormente. Esas fuentes suministran la energía necesaria para realizar el trabajo que significa mover los electrones para formar una carga. No importa la clase de energía empleada para crear la carga, dicha energía se convierte en energía eléctrica una vez

producida la carga. La cantidad de energía eléctrica que posee la carga es idéntica a la cantidad de energía que la fuente tuvo que desarrollar para crear dicha carga. Cuando la corriente circula, la energía eléctrica de las cargas se utiliza para mover electrones desde cargas menos positivas a cargas más positivas. Esta energía eléctrica se denomina fuerza electromotriz (f.e.m) y es la fuerza motriz que da lugar al flujo de corriente. Toda carga eléctrica, sea positiva o negativa, representa una reserva de energía. EsPrincipio de Funcionamiento del Amperímetrota reserva de energía es energía potencial mientras no sela utilice. La energía potencial de una carga es igual a la cantidad de trabajo que se ha realizado para crear la carga; la unidad que se emplea para medir este trabajo es el volt. La fuerza electromotriz de una carga es igual al potencial de la carga y se expresa en volts.

¿COMO SE MIDE EL VOLTAJE ?

Las magnitudes básicas a medir en un circuito son la intensidad de corriente y el voltaje. La medida de la intensidad de corriente

eléctrica se efectúa con aparatos denominados amperímetros.

La medida de diferencias de potencial o voltajes se efectúa con voltímetros. Si quiere medirse el voltaje en los extremos

de una resistencia, se ha de intercalar un voltímetro como se muestra en la figura.

 Corriente (Densidad de Corriente)

La corriente se puede definir como un flujo ordenado de electrones, es decir, los electrones en movimiento constituyen una corriente eléctrica, los cuales, al aplicarles un voltaje como por ejemplo

de una batería, es posible forzar a los electrones fuera de su trayectoria circular y ocasionar que pasen de un átomo a otro.

La corriente que pasa por un alambre tiene una dirección y una magnitud. El símbolo de la corriente eléctrica es la letra I y la unidad de corriente es el amper (A). El amper corresponde a una carga que se mueve con una rapidez de 1 C/s ( un Coulomb por segundo ) esto quiere decir que un amper se define como el flujo de 6.28x1018 electrones que pasan por un punto fijo de un conductor en un segundo, esta cantidad de 6.28x1018 electrones es el equivalente a un Coulomb.

En la práctica, por lo general, el sentido de la

corriente que se considera es el convencional

(de + a -) aunque, en realidad, no tiene mayor importancia la dirección que se elija, siempre

y cuando se tenga presente para solucionar cualquier problema particular.

intensidad de la corriente

No sólo es importante saber si circula corriente y

en qué sentido lo hace, sino también qué tan

intenso es el movimiento de los electrones.

Imaginemos un conductor cortado según una

sección y contemos los electrones que salen por

segundo de esa sección. Llamaremos intensidad

de la corriente a la cantidad de electrones por

segundo que pasan por una sección del

conductor y se mide en amperes.

densidad de la corriente 

La densidad de corriente se define como la corriente máxima admisible por cada unidad de sección

de un conductor. Para entender mejor esta definición, imaginemos la sección de un conductor

eléctrico atravesada por la circulación de la corriente

electrica en donde se presentan diferentes casos:

 

¿Cómo se mide la corriente eléctrica?

El caudal o intensidad de corriente está dado por el

número de electrones que pasa por un material en un

período de tiempo dado.

Siendo el Coulomb la medida que indica la cantidad de

electrones, contando la cantidad de Coulomb que

pasan en un período de tiempo dado se mide el caudal o

intensidad de la corriente. La unidad de intensidad de

corriente es el ampare. La intensidad o caudal es de un

ampare cuando un Coulomb de electrones pasa por el

material en un segundo, de dos ampares cuando pasan

dos Coulomb por segundo, etc.

El amperímetro es el instrumento que se encarga de

medir la cantidad de Coulomb que pasan por segundo

(ampares).

Principio de Funcionamiento del Amperímetro

Para comprobarlo, puede suspender una barra ima

ntada de un eje rígido entre los polos de imán en

herradura. Si permite que la barra imantada gire

sobre sí misma libremente, encontrará que lo hace

hasta acercar su polo norte todo lo posible al polo sur del imán en herradura. Si hace girar la barra a

una posición distinta, observará que trata de volver a la posición en que los polos opuestos están lo

más cerca posible. Cuanto más trate de desviar a la barra imantada de esta posición, mayor será la

fuerza que notará. La fuerza máxima aparece cuando

los polos iguales estén lo más cerca posible.