Menu

Motor de gasoil.
Cicle dièsel

Motor endotèrmic
Caixa de canvis

Efecte Joule

Efecte Joule

L'efecte Joule, també anomenat llei de Joule, és la manifestació tèrmica de la resistència elèctrica. Si en un conductor elèctric circula electricitat, una part de l'energia cinètica dels electrons es transforma en calor a causa del xoc que experimenten els electrons amb les molècules del conductor per on circulen, el que fa augmentar la temperatura del conductor. Es diu així en honor del físic anglès James Prescott Joule.

Definició de l'efecte Joule:

La quantitat d'energia calorífica produïda per un corrent elèctric és directament proporcional al quadrat de la intensitat del corrent quan circula pel conductor ia la resistència que oposa aquest conductor al pas del corrent.

Aquesta definició es pot expressar matemàticament de la següent manera:

Q = I2 x R x t

On:

Q = Energia calorífica produïda pel corrent
I = Intensitat del corrent que circula
R = Resistència elèctrica del conductor
t = Temps

El funcionament de les bombetes es basa en l'efecte Joule: el filament és una resistència que amb el pas del corrent s'escalfa fins a posar-incandescent.

A la fórmula expressada de la definició de l'efecte Joule, les magnituds han d'estar expressades en un mateix sistema d'unitats. Així, si expressem la intensitat en ampers (A), la resistència en ohms i el temps en segons, obtenim la calor produïda en joules (J).

Molts electrodomèstics es basen en l'efecte Joule per funcionar: forns elèctrics, torradores, calefaccions elèctriques ... En tots aquests casos, es pretén generar energia tèrmica amb pas de l'electricitat per les seves conductors. Aquesta calor que desprenen es deu a l'efecte Joule.

En la gran majoria de les aplicacions, però, és un efecte indesitjat i la raó per la qual els aparells elèctrics i electrònics necessiten dissipadors, a part d'un o més ventiladors que fan fugir la calor generada i eviten així l'escalfament excessiu dels diferents components i / o dispositius. En aquests casos, la calor és energia perduda i per tant una disminució de l'eficiència.

Relació entre l'efecte Joule i la termodinàmica

L'efecte Joule té una especial vinculació amb la segona llei de la termodinàmica. El segon principi de la termodinàmica expressa que: "La quantitat d'entropia de l'univers tendeix a incrementar-se en el temps."

El segon principi de la termodinàmica estableix llavors, la irreversibilitat dels fenòmens físics, especialment durant l'intercanvi de calor.

La llei de Joule en la formulació més general implica la transformació de l'energia elèctrica en altres formes d'energia en què l'energia calorífica desenvolupada és només un efecte no desitjat i, en la mesura que pot descuidar, alguns exemples de transformacions de energia regulades per la llei de Joule: energia mecànica (motors elèctrics), llum (llum de descàrrega, LED), ones electromagnètiques (antenes, làsers), química (electroquímica) ...

En aquesta formulació més general de la llei de Joule, des d'un punt de vista de principi, el producte del voltatge per al corrent transforma l'energia elèctrica en altres formes d'energia en principi de manera reversible, sense les limitacions imposades per la termodinàmica.

Per exemple, en motors elèctrics on l'energia elèctrica es transforma en energia mecànica, una eficiència es pot definir com la relació entre l'energia elèctrica (llei de Joule I · V) i la potència mecànica, encara que actualment els motors elèctrics més eficients no superen el 50% d'eficiència a causa de la resistència elèctrica del coure, el millor conductor existent, s'ha demostrat la possibilitat d'una major eficiència amb els motors amb debanats superconductors. Per tant, és possible concebre una transformació reversible en què tota l'energia elèctrica es transformi en energia mecànica.

En el cas de les antenes, l'eficiència de l'antena es defineix com la relació entre la potència radiada i la potència d'alimentació mitja altern i, en aquest cas, s'assoleixen eficiències superiors al 90%.

Pel que fa a la llum, l'eficiència lluminosa està vinculada a la relació entre la potència dissipada per l'efecte Joule i l'energia lluminosa útil per a la percepció de l'ull humà. En aquest cas, mentre que els llums incandescents comunes tenen una eficiència típica del 2%, un llum de descàrrega pot tenir una eficiència lluminosa del 29%. Si poguéssim trobar un mecanisme eficient per transformar l'electricitat en llum verd (per a la qual la percepció humana és màxima), l'eficiència lluminosa seria del 100%.

Per tant, les limitacions de la segona llei de la termodinàmica no s'apliquen a la llei de Joule si s'interpreta de manera no reductiva.

Transmissió de corrent altern d'alta tensió de l'electricitat

Les línies elèctriques aèries transfereixen energia elèctrica dels productors d'electricitat als consumidors. Aquestes línies elèctriques tenen una resistència diferent de zero i, per tant, estan subjectes a l'efecte Joule o escalfament Joule, el que provoca pèrdues en la transmissió.

La divisió de la potència entre les pèrdues de transmissió (escalfament de Joule en les línies de transmissió) i la càrrega (energia útil lliurada al consumidor) es pot aproximar mitjançant un divisor de voltatge. Per minimitzar les pèrdues de transmissió, la resistència de les línies ha de ser el més petita possible en comparació amb la càrrega (resistència dels aparells de consum). La resistència de la línia es minimitza mitjançant l'ús de conductors de coure, però les especificacions de la resistència i la font d'alimentació dels aparells de consum són fixes.

En general, un transformador es col·loca entre les línies i el consum. Quan un corrent elèctric d'alt voltatge i baixa intensitat en el circuit primari (abans del transformador) es converteix en un corrent de baix voltatge i alta intensitat en el circuit secundari (després del transformador), la resistència equivalent del circuit secundari augmenta i les pèrdues de transmissió es redueixen proporcionalment.

Durant la Guerra de Corrents, les instal·lacions de corrent altern podrien usar transformadors per reduir les pèrdues de línia per l'escalfament de Joule, a costa d'un major voltatge en les línies de transmissió, en comparació amb les instal·lacions de corrent continu.

Eficiència de calefacció i l'efecte Joule

Com tecnologia de calefacció, la calefacció Joule té un coeficient de rendiment de 1.0, el que significa que cada joule d'energia elèctrica subministrada produeix un joule de calor. En contrast, una bomba de calor pot tenir un coeficient de més de 1.0, ja que mou energia tèrmica addicional de l'ambient a l'element escalfat.

La definició de l'eficiència d'un procés d'escalfament requereix definir els límits del sistema a considerar. En escalfar un edifici, l'eficiència general és diferent quan es considera l'efecte de calefacció per unitat d'energia elèctrica subministrada al costat del mesurador del client, en comparació amb l'eficiència general en considerar també les pèrdues a la planta d'energia i la transmissió d'energia.

valoración: 3 - votos 1

Última revisió: 28 de novembre de 2018

Tornar