Energía eléctrica y efecto Joule

La propia idea de la existencia de campos y potenciales eléctricos se asocia de inmediato a la posibilidad de controlar las transferencias de energía entre las cargas para obtener un trabajo útil. Del éxito de los intentos científicos y tecnológicos por conocer y aprovechar la energía eléctrica dan cuenta las múltiples aplicaciones de la misma en las sociedades modernas.

Fuentes de energía eléctrica

En la producción de energía eléctrica a escala doméstica e industrial se utilizan múltiples fuentes y procedimientos:

  • Las pilas y las baterías generan energía eléctrica a partir de la producción energética de las reacciones químicas.
  • Las dinamos transforman en eléctrica la energía mecánica del movimiento.
  • Los generadores industriales y los alternadores se basan en el fenómeno de la inducción electromagnética para producir energía eléctrica de corriente alterna.

En la batería del automóvil se transforma energía química en eléctrica.

La dinamo de una bicicleta aprovecha la energía mecánica del desplazamiento para generar un haz de luz eléctrica.

Energía de un conductor cargado

En muchos dispositivos eléctricos, la energía obtenida de fuentes diversas se almacena temporalmente en cuerpos conductores y dieléctricos (por ejemplo, mediante condensadores).

El valor de la energía eléctrica de un cuerpo conductor provisto de una carga eléctrica neta no nula se determina como el semiproducto de la capacidad de almacenamiento de carga por su potencial eléctrico elevado al cuadrado:

Energía y potencia de la corriente eléctrica

En los mecanismos de conversión de diversas formas de energía a eléctrica se comunica a las cargas libres de los medios conductores una energía que puede determinarse como el producto de la carga por la diferencia de potencial a que se somete. En términos matemáticos:

Análogamente, la potencia eléctrica, definida como la variación de energía con respecto al tiempo, se puede expresar como:

De las equivalencias anteriores, sólo la última es universal, mientras que las que implican la presencia de una resistencia se aplican sólo a la conversión de energía en calor.

Efecto Joule

Una de las principales aplicaciones de la energía eléctrica proviene de su posibilidad transformación en calor. Esta conversión, conocida por efecto Joule, se explica como el resultado de los choques que experimentan las cargas eléctricas del cuerpo por que circula la corriente, que elevan así su temperatura.

A partir de la equivalencia entre trabajo y calor (1 J = 0,24 cal) se obtiene la siguiente expresión matemática para el efecto Joule:

donde DQ se expresa en calorías y las restantes magnitudes en las unidades del Sistema Internacional.

El efecto Joule se aprecia en numerosos fenómenos cotidianos. Por ejemplo, se emplea para generar calor a partir de la electricidad mediante calefactores eléctricos. Pero también tiene efectos indeseables en los circuitos, ya que provoca el calentamiento de los motores eléctricos, de las bombillas de iluminación y de los cables, con el consiguiente riesgo de incendio y las perdidas de energía.

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