Ley de joule

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LEY DE JOULE

Cuando se establaece un campo electrico en un conductor, los portadores de carga se aceleran. Sin embargo, los electrones de conduccion en un metal adquieren una velocidad constante como resultado de su interaccion con el campo electrico externo. Esto significa que cuando el electron avanza por el conductor realiza un trabajo y entrega energia al medio conductor; esta energia se disipa en forma de calor.

Esta situacion recuerda a la caida de un cuerpo bajo la accion de la fuerza gravitatoria. En ausencia de otras fuerzas, suvelocidad aumenta continuamente. Si embargo, cuando el cuerpo cae en el seno de un fluido viscoso su velocidad alcanza un valor limite constante. Por analogia, podemos decir que la presencia de la red cristalina equivale a la de una fuerza "viscosa". Esta fuerza viscosa se debe a las imperfecciones de la red cristalina y al movimiento termico de sus iones, que ostaculizan el movimiento el movimiento de los electrones de conduccion por la red y los dispersan continuamente durante su movimiento. Devido a esta situacion, parte de la energia de los electrones es transferida a la red, aumentando la energia de vibracion , que hace que se produzca un incremento de temperatura, lo que constituye el efecto de calentamiento por una corriente llamada efecto Joule.

Es sencillo calcular la energia que por unidad de tiempo entrega cada portador de carga, esta es:

dw0/dt = Fv = qEv

siendo q la carga de cada portador y v su velocidad; de ahi que la energia disipada por unidad de volumen y de tiempo sea:

dw/dt = nqEv = JE

siendo n el numero de portadores por unidad de volumen. Si se aplica a un volumen dado:

P = JEV = JESL = IΔV

relacion que es conocida como Ley de Joule; utilizando la Ley de Ohm, se puede dar tambien como:

P = I²R = (ΔV)²/R

Se define la potencia util de un circuito como la diferencia entre la potencia entregada por la bateria o generador y la potencia disipada por los elementos resistivos debido al efecto Joule.