Efecto de calentamiento de la corriente eléctrica

Los electrones son partículas muy pequeñas que existen dentro de la estructura molecular de una sustancia. A veces, muy comúnmente, estos electrones están fuertemente retenidos, y otras veces están muy flojos. Cuando los electrones están muy sueltos en el núcleo, pueden viajar libremente dentro de los límites del aparato o fuente. Los electrones son partículas cargadas negativamente por lo tanto tienden a mover una serie de cargas eléctricas, decimos que este movimiento de electrones es la corriente eléctrica. Debe notarse y observarse que el número de electrones que tienden a moverse gobierna la capacidad de una sustancia en particular para conducir electricidad. Algunos materiales permiten que la corriente eléctrica se mueva mejor que otros. Basado en la capacidad del material para conducir electricidad, Los materiales se clasifican en conductores que permiten el flujo de corriente y aisladores que no permiten el flujo de corriente. Este flujo de corriente en cualquier aparato aparte del trabajo útil libera o ejerce la energía residual en forma de calor o magnetismo. En este artículo, explicaremos el efecto de calentamiento de la corriente eléctrica. Además, la fuerza que se requiere para impulsar el flujo de corriente a través del conductor se conoce como voltaje.

Efecto de calentamiento de la corriente eléctrica

Cuando utilizamos algunos aparatos eléctricos, las reacciones químicas que se producen en sus celdas sobre las que funcionan generan una diferencia de potencial entre sus terminales que pone en movimiento a los electrones. Para mantener el flujo de corriente, la fuente necesita expandir algo de energía. Una parte de la energía se utiliza para realizar algún tipo de trabajo útil, como mover las aspas del ventilador en el caso de los ventiladores generados por electricidad, etc. La energía restante se aprovecha o se expande en forma de calor, lo que eleva la temperatura del aparato. Si estamos usando un circuito en un aparato que es puramente resistivo, mucha energía se disipa por completo en forma de lo que llamamos calor. Esto se llama o se conoce como el efecto de calentamiento de la corriente eléctrica.

Más simplemente, cuando una corriente eléctrica pasa a través de un conductor, genera un exceso de calor debido a la resistencia causada por los electrones en el conductor a la corriente que fluye. El trabajo realizado para vencer esta resistencia a la corriente genera lo que llamamos calor en ese conductor. El efecto de calentamiento eléctrico de la corriente eléctrica es el más común y ampliamente aplicado y utilizado en nuestra vida diaria. Por ejemplo, las planchas eléctricas, teteras, tostadoras, calentadores eléctricos, etc. se utilizan ampliamente como alternativas a los métodos convencionales de cocción y también de lavandería. Este mismo efecto se utiliza mucho en las bombillas eléctricas que son las alternativas a las lámparas incandescentes convencionales. Estos dispositivos han modernizado y revolucionado el nuevo mundo sostenible a lo largo de los años.

Diagrama de circuito

Supongamos una corriente I que fluye a través de una resistencia que tiene una resistencia de R como se muestra en el circuito. Deje que la diferencia de potencial entre los extremos de los terminales de la batería sea V. Supongamos que es el tiempo durante el cual una carga de cantidad Q fluye a través del circuito. El trabajo que se realiza al mover esa carga Q a través de una diferencia de potencial V es V × I. Por tanto, la fuente tiene que suministrar energía igual a V × I en el tiempo t. Por lo tanto, la entrada de potencia al circuito eléctrico por parte de la fuente es

PAGS $= V\times\frac{Q} {t}=V\times I$

O la energía que la fuente suministra al circuito en el tiempo t es P × t, es decir, V × I × t. Esta energía adicional generada se disipa en la resistencia en forma de calor. Por lo tanto, para una corriente constante y fija I, la cantidad de calor denotada por H que se produce en el tiempo t es

H = V × yo × t

Ley de julios de calefacción

El muy famoso físico James Prescott descubrió que la cantidad de calor generado por segundo que se desarrolla en un conductor que tiene corriente es directamente proporcional a la resistencia eléctrica del cable y también con el cuadrado de la corriente dada. Este calor que se libera o genera debido a la corriente eléctrica que fluye en un cable eléctrico se expresa en Joules.

Primera ley de Joule

Aplicando la ley de ohmios a la ecuación H = V × I × t. Podemos deducir la ley de Joules o la primera ley de Joules que da la relación entre el calor que se produce al fluir cargas de corriente eléctrica a través de un conductor. Es directamente proporcional al cuadrado de la corriente suministrada, la resistencia eléctrica que ejerce el aparato y el tiempo que lo utilizamos. Esto se conoce o se llama ley de calentamiento de Joule. La siguiente es su expresión:

H = yo ² × R × t

Dónde,

H da o indica la cantidad de calor.

I muestra la cantidad de corriente eléctrica suministrada.

R es el valor o cantidad de resistencia eléctrica ejercida en el conductor.

t indica el tiempo de funcionamiento del aparato.

Factores de los que depende el calor

La cantidad de calor liberado o generado es directamente proporcional a la resistencia eléctrica del cable dado cuando la corriente eléctrica en el circuito dado y el flujo de corriente suministrada no se alteran ni cambian.
La cantidad de calor liberado o generado en el conductor que transporta corriente es directamente proporcional al cuadrado de la corriente eléctrica que fluye a través del circuito dado cuando la resistencia eléctrica y el suministro de corriente se mantienen constantes.
La cantidad de calor generado o producido debido al flujo de corriente eléctrica es directamente proporcional al tiempo de uso del flujo cuando la resistencia eléctrica y el flujo de corriente son constantes.

Aplicaciones del efecto de calentamiento de la corriente eléctrica

Los siguientes son algunos de los dispositivos comunes ampliamente utilizados en los que el efecto de calentamiento de la corriente se utiliza y aprovecha para otros fines:

Plancha Eléctrica: Entre la parte metálica y la bobina eléctrica en una plancha, se coloca Mica que por naturaleza es un aislante. La bobina de la plancha se calienta o calienta con el paso continuo de corriente que luego es conducida o transferida a la parte metálica a través de la mica utilizada. Finalmente, al cabo de un rato, la parte metálica se calienta mucho o la temperatura que hayamos fijado, que luego se utiliza para planchar prendas de diferentes materiales según nuestro deseo.

Bombilla eléctrica: La bombilla eléctrica contiene un alambre metálico muy grueso que a su vez está hecho de metal de tungsteno de alta resistencia. Este metal se mantiene siempre en un ambiente inerte para que no reaccione y con un gas neutro o vacío. Cuando la corriente eléctrica fluye a través del alambre de tungsteno usado, se calienta o calienta y luego emite luz. La mayor parte de la energía eléctrica que se extrae en el circuito eléctrico desde la fuente eléctrica se libera o disipa en forma de calor y el resto se entrega o emite en forma de energía luminosa. El filamento de tungsteno utilizado también tiene una alta resistividad y tiene un punto de fusión muy alto para que no se caliente fácilmente cuando se usa.

Calentador eléctrico: en un calentador eléctrico, un alambre de nicromo de muy alta resistencia se usa principalmente y comúnmente como bobina. La bobina gira o se enrolla en ranuras que están hechas del material cerámico de la placa de hierro o de la placa de arcilla china. Cada vez que la corriente eléctrica fluye en la bobina, rápidamente se calienta o calienta, lo que luego se usa ampliamente para calentar nuestros recipientes de cocina. En las zonas de montaña se utilizan radiadores eléctricos para mantener sus habitaciones calientes y calentadas para salvarse del frío extenuante del exterior.

Fusible eléctrico: en cualquier instrumento eléctrico que a veces usamos debido a un aumento repentino en la cantidad de corriente, el instrumento o aparato se sobrecalienta o se quema, lo que a veces puede provocar un incendio grave. Un hilo conductor de muy bajo punto de fusión se une o conecta en serie con el circuito del aparato o aparato para evitar cualquier percance o este tipo de accidente. Cada vez que el valor actual aumenta accidentalmente, el cable dentro del fusible se derrite debido al calentamiento excesivo y, por lo tanto, se rompe el circuito eléctrico y se salvan el dispositivo y nuestras vidas. Elegimos o seleccionamos el fusible según el aparato utilizado. Un dispositivo o un aparato que funciona con una corriente más alta necesita un mayor valor de fusible y viceversa.

Para usar y aprovechar el efecto de calentamiento de la corriente eléctrica, el elemento de los aparatos necesita o se requiere que tenga un alto punto de fusión para retener más calor.

Energia electrica

La potencia eléctrica se define o establece como la tasa de trabajo realizado. O en otras palabras, la tasa de consumo de la energía. La potencia tiene una unidad SI de Watt. Un vatio también se define como la energía consumida por un dispositivo o aparato que lleva 1 A de corriente y funciona a 1 V. Los diferentes aparatos tienen una cantidad diferente de consumo de energía según sus necesidades. Algunos tienen un alto consumo de energía, por ejemplo, el aire acondicionado, el microondas, la lavadora, la televisión, el refrigerador, etc. Mientras que otros, como la tostadora eléctrica, la plancha, el cargador, el secador de pelo, etc. tienen un consumo de energía menor. La potencia eléctrica de un determinado aparato o electrodoméstico se ve antes de que los instalemos en nuestro hogar porque tenemos que utilizar un fusible eléctrico adecuado para ellos en caso de que consuman mucha potencia, ya que en ese caso, la extensión del cortocircuito es muy alta, así vemos la potencia nominal de los aparatos antes de utilizarlos para evitar cualquier tipo de percance o desgracia al aparato ya nosotros. La expresión o ecuación de potencia se da de muchas formas:

PAG = V × YO

$P = \frac{V^{2}}{R}$

P = yo ² R

Consumo de energía en la vida diaria

Por lo tanto, en la práctica real usamos una unidad mucho más grande llamada ‘kilovatio’ en lugar de un vatio. Es simplemente igual a 1000 vatios. Dado que la energía eléctrica se da como el producto de la potencia y el tiempo, la unidad de energía eléctrica deducida es el vatio-hora (W·h). Un vatio-hora (W·h) es la energía consumida o utilizada cuando solo se utiliza 1 vatio de potencia durante 1 hora. La unidad de energía eléctrica utilizada comercialmente es un kilovatio-hora (kW·h), que se conoce ampliamente o comúnmente como «unidad».

1 kW·h = 1000 vatios × 3600 segundos

1 kW h = 3,6 × 10 ⁶ vatio segundo

1 kW h = 3,6 × 10 ⁶ julios (J)

Problema de muestra

Pregunta 1: 100 J de energía térmica son producidos por un aparato eléctrico que se usa durante 1 segundo y tiene una resistencia de 4 ohmios. Encuentre y calcule la diferencia de potencial del aparato.

Solución:

Como la conocemos,

H = yo ² × R × t

Dado, H = 100 J, R = 4 ohmios, t = 1 segundo

Por lo tanto, 100J=I ² × 4 × 1

$\therefore I^{2} = \frac{100}{4}$

$\therefore I = \sqrt{\frac{100}{4}} A$

$\therefore I =\frac{10} {2} A$

yo = 5A

Por la ley de ohm sabemos

V=I×R

Por lo tanto, V = 5A × 4Ω

V = 20 V

Por tanto, la diferencia de potencial generada es de 20 V.

Pregunta 2: Averigüe el calor que produce la tostadora eléctrica cuando se usa durante 5 minutos. La corriente dada fue de 2 A y su resistencia es de 3 ohm.

Solución:

Como la conocemos,

H = yo ² × R × t

Dado, I = 2 A, R = 3 ohm, t = 5 min = 300 seg

Por lo tanto, H=2 ² ×3×300J

H = 22×900J

Por lo tanto, H=4×900 J

H = 3600J

Por lo tanto, el calor que produce o libera la tostadora eléctrica es de 3600 J.

Pregunta 3: Averigüe la resistencia de una plancha eléctrica si ha producido un calor de 100 J cuando se opera a una corriente de 2 A y durante 50 segundos.

Solución:

Como la conocemos,

H = yo ² × R × t

Dado, H = 100 J, I = 2 A, t = 50 s

Por lo tanto, 100J=2 ² ×R×50

$\therefore R = \frac{100}{4 \times 50} \Omega$

$\therefore R = \frac{1}{2} \Omega$

R = 0,5 Ω

Por lo tanto, se encuentra que la resistencia de la plancha eléctrica es de 0,5 Ω

Pregunta 4: El calor generado es de 100 J por un ventilador eléctrico que tiene una diferencia de potencial de 10 V y el tiempo de uso es de 10 seg. ¿Cuál es la cantidad de corriente eléctrica que se utiliza?

Solución:

Como la conocemos,

H = V × yo × t

Dado, H = 100 J, V = 10 V, t = 10 s

Por lo tanto, 100J=10V×I×10

∴100J = 100 × yo

$\therefore I = \frac{100}{100} A$

yo = 1 a.

Por lo tanto, la corriente utilizada es de 1 A.

Pregunta 5: El calor generado es de 100 J por un ventilador eléctrico que tiene una corriente de 10 A y el tiempo de uso es de 10 seg. ¿Cuál es la cantidad de diferencia de potencial eléctrico que se genera?

Solución:

Como la conocemos,

H = V × yo × t

Dado, H = 100 J, I = 10 A, t = 10 s

∴100J=10A×V×10

∴100J=100×V

$\therefore V = \frac{100}{100} A$

V = 1 V.

Por lo tanto, la diferencia de potencial utilizada es de 1 V.

Pregunta 6: Determine el calor liberado o generado por una tostadora cuando se opera a una diferencia de potencial de 6 V con un suministro de corriente de 6 A y se usa durante 50 segundos.

Solución:

Como la conocemos,

H = V × yo × t

Dado, V = 6 V, I = 6 A, t = 50 s

∴H = 6 × 6 × 50J

altura = 36 × 50 J

H = 1800J

Por lo tanto, el calor o la energía liberada es de 1800 J.

Pregunta 7: ¿Cuál es la potencia consumida si un dispositivo o aparato funciona con una diferencia de potencial de 1 V y una corriente de 6 A?

Solución:

Como la conocemos,

PAG = V × YO

Dado, V = 1V Y I = 6 A

PAG = 1 V × 6 A

P = 6W

Por lo tanto, la potencia que se ha consumido es de 6 W.

Pregunta 8: ¿Cuál es la corriente consumida si un dispositivo o aparato funciona con una diferencia de potencial de 10 V y una potencia de 2 W?

Solución:

Como la conocemos,

PAG = V × YO

Dado, V = 10 V y P = 2W

2 = 10 V × yo

$\therefore I = \frac{2}{10} A$

yo = 0,2 A

Por tanto, la corriente que se ha consumido es de 0,2 A.

Pregunta 9: ¿Cuál es la diferencia de potencial utilizada si un dispositivo o aparato funciona con un suministro de corriente de 10 A y una potencia de 2 W?

Solución:

Como la conocemos,

PAG = V × YO

Dado, I = 10 A y P = 2W

∴2 = V × 10A

$V = \frac{2}{10} V$

V = 0,2 V

Por tanto, la diferencia de potencial que se ha utilizado es de 0,2 A.

Pregunta 10: ¿Cuál es la energía consumida si una tostadora que tiene una resistencia de 3 ohmios funciona con una corriente de 1 A?

Solución:

Como la conocemos,

PAG = YO ² × R

Dado, I = 1 A y R = 3 ohm

∴P = 1 ² × 3Ω

P = 3 W.

Por lo tanto, la potencia consumida se ha calculado en 3 W.

Pregunta 11: ¿Cuál es la potencia consumida si un calentador eléctrico que tiene una resistencia de 13 ohmios funciona con una corriente de 1 A?

Solución:

Como la conocemos,

PAG = YO ² × R

Dado, I = 1 A y R = 13 ohm

∴P = 1 ² × 13Ω

P = 13 W.

Por lo tanto, la potencia consumida se ha calculado en 13 W.

Pregunta 12: ¿Cuál es la resistencia que ofrece si una tostadora de 10 W de potencia funciona a 1 A de corriente?

Solución:

Como la conocemos,

PAG = YO ² × R

Dado, I = 1 A y P = 10 W

∴P = 1 ² × RΩ

R = 10 Ω

Por lo tanto, la resistencia ofrecida es R = 10 Ω

Pregunta 13: Se usa una bombilla de 10 W, 220 V durante 6 días durante 2 horas diarias. Encuentre la resistencia de la bombilla y la energía que se consume en unidades.

Solución:

Como la conocemos,

$P = \frac{V^{2}}{R}$

Dado, P = 10 W y V = 220 V

$\therefore 10 = \frac{220^{2}}{R}$

$\therefore R = \frac{220^{2}}{10}$

$\therefore R = \frac{48400}{10} \Omega$

∴R = 4840Ω

Por lo tanto, la resistencia de la bombilla es R = 4840Ω

También sabemos que,

H = V × yo × t

PAG = V × YO

Por lo tanto, podemos escribir H = P × t

Dado, P = 10 W y t = 2 h. y se utiliza durante 6 días, por lo tanto, la energía consumida en 6 días es

H = 10 × 2 × 6 W h.

H = 120 W h.

$H = \frac{120}{1000}$ KW hora

$\therefore H = \frac{120}{1000}$ KW hora

H = 0,12 KW h. o unidades

Por lo tanto, la bombilla consumió 0,12 unidades.

Pregunta 14: La bombilla de una lámpara tiene una resistencia de 44 ohmios y funciona con una tensión de alimentación de 220 V. Encuentre la potencia consumida por él.

Solución:

Como la conocemos,

$P = \frac{V^{2}}{R}$

Dado, V = 220 V y R = 44 Ohm

$\therefore P = \frac{220^{2}}{44}$

$\therefore P = \frac{48400}{44}$

P = 1100 W

Por lo tanto, la potencia consumida por la bombilla de la lámpara es de 1100 W.

Pregunta 15: Se usa una bombilla de 100 W, 220 V durante 6 días durante 2 horas diarias. Encuentre la resistencia ofrecida por la bombilla.

Solución:

Como la conocemos,

$P = \frac{V^{2}}{R}$

Dado, P = 100 W y V = 220 V

$\therefore 100 = \frac{220^{2}}{R}$

$\therefore R = \frac{220^{2}}{100}$

$\therefore R = \frac{48400}{100} \Omega$

∴R = 484Ω

Por lo tanto, la resistencia de la bombilla es R = 484Ω

Pregunta 16: ¿Cuál es el consumo de energía si una plancha eléctrica funciona con un suministro de 220 V y la cantidad de carga que fluye durante 10 segundos es de 10 culombios?

Solución:

Como la conocemos,

$P = V\frac{Q} {t}$

Dado, V = 220 V, Q = 10 culombios y t = 10 segundos

$\therefore P = 220 \frac{10}{10}$

P = 220 W

Por tanto, la potencia que consume la plancha eléctrica es de 220 W.

Pregunta 17: ¿Cuál es el consumo de energía si una plancha eléctrica funciona con un suministro de 220 V y la cantidad de carga que fluye durante 10 segundos es de 20 culombios?

Solución:

Como la conocemos,

$P = V\frac{Q}{t}$

Dado, V = 220 V, Q = 20 Coulomb y t = 10 segundos

$\therefore P = 220 \frac{20}{10}$

$\therefore P = 220\times 2 W$

P = 440 W

Por tanto, la potencia que consume la plancha eléctrica es de 440 W.

Pregunta 18: ¿Cuál es el tiempo durante el cual se operó la bombilla si la potencia utilizada por ella fue de 10 W, se le suministró un suministro de 220 V y por ella pasaron cargas de 10 culombios?

Solución:

Como la conocemos,

$P = V\frac{Q}{t}$

Dado, V = 220 V, Q = 10 Coulomb y P = 10 W

$\therefore 10 = 220 \frac{10}{t}$

$\therefore t = 220 \frac{10}{10} sec$

t = 220 s = 3 min 40 s

Por lo tanto, el tiempo para el que se utilizó fue de 220 s o 3 min 40 s.

Publicación traducida automáticamente

Artículo escrito por dheerajhinaniya y traducido por Barcelona Geeks. The original can be accessed here. Licence: CCBY-SA