El efecto Joule se debe al físico decimonónico James Prescott Joule. Se centró en investigar, sobre todo, la electricidad y la termodinámica. Fue precisamente a raíz de uno de esos estudios cuando pudo medir el calor que se desprende de un circuito eléctrico por el paso de corriente por su interior en cada segundo. Así, concluyó que la cantidad de calor es directamente proporcional al cuadrado de la intensidad de corriente, a la resistencia que opone el conductor y al tiempo en el que circula la electricidad.
Eso quiere decir que, si no deseas que tu circuito se caliente, debes reducir la intensidad de corriente o buscar un conductor que ofrezca muy poca resistencia. Esto es así porque cada material presenta una oposición diferente dependiendo de su conductividad.
La ley de Joule
Si Lavoisier enunció que la materia no se crea ni se destruye, solo se transforma, los físicos decimonónicos lo aplicaron a la energía. Sin embargo, ese principio tan vital de la termodinámica ya lo intuían eruditos de la antigüedad como Tales de Mileto o Empédocles. Por lógica, si introduces una potencia en un circuito y, al medir en su punto final, esta se ha reducido, en algo se ha debido de convertir.
¿Por qué se produce exactamente el efecto Joule?
La estructura de las moléculas de los conductores es cristalina. Eso quiere decir que sus átomos se disponen ordenadamente en los vértices o incluso en el centro de las celdas. Como consecuencia, cuando circula una corriente eléctrica por su interior, un porcentaje de sus electrones choca con esos átomos. De esta manera, se transmuta la energía cinética de los electrones en energía térmica. A efectos prácticos, el conductor experimenta un aumento de la temperatura.
Un incremento de la intensidad de corriente ofrece más posibilidades de choque y, por tanto, mayor es el calor liberado. Este se puede calcular mediante la fórmula de la ley de Joule. Su unidad de medida es el julio.
La relación entre los julios y las calorías
El calor que se desprende es una medida de trabajo, ya que es consecuencia de vencer la resistencia que opone el conductor. Esto es importante tenerlo en cuenta porque, cuando el calor procede de un trabajo eléctrico, se mide en calorías.
Así, es fundamental conocer sus equivalencias para que realices las conversiones adecuadas en tus cálculos. Un julio son 0,24 calorías y una caloría 4,18 julios. Por lo tanto, al aplicar la ley de Joule para el cálculo de la cantidad de calor, no tienes más que multiplicar su resultado por 0,24 para pasarlo a calorías.
Ámbitos de aplicación del efecto Joule
El calentamiento de los conductores posee distintas aplicaciones. En este sentido, has de saber que existe una industria investigadora para crear conductores que casi no ofrezcan resistencia para circuitos cada vez más eficientes.
Sin embargo, si consideras la parte positiva de los ámbitos de aplicación del efecto Joule, verás que puedes utilizarlo tanto a nivel doméstico como industrial e incluso en iluminación.
La lámpara incandescente
El filamento de estas bombillas es una resistencia que, con el paso de la corriente eléctrica, se calienta hasta su incandescencia. De esta forma, parte de ese calor que desprende se transforma ahora en energía lumínica. Como consecuencia, el efecto Joule ha sido imprescindible para la iluminación.
Su uso doméstico
Cualquier electrodoméstico que genere calor está empleando la ley de Joule. Puedes pensar en hornos eléctricos, planchas, hervidores, secadores de pelo, radiadores eléctricos, etc.
A nivel industrial
Muchos aparatos funcionan teniendo en cuenta esta ley. Por ejemplo, en soldaduras como las de punto (imprescindibles para la industria automotriz y chapistería), en hornos de metalurgia, en fundiciones, etc.
Inconvenientes del efecto Joule
El mayor inconveniente es la pérdida de esa energía en forma de calor y, como consecuencia, el sobrecalentamiento de los circuitos eléctricos. Este acorta notablemente la vida útil de cualquier aparato. Por esta razón, muchos de ellos disponen de un sistema de ventiladores o disipadores del calor.
Aprovechar este efecto no siempre es la mejor solución para ganar en eficiencia. Recuerda que las líneas de alta tensión para hacer llegar la electricidad a todos los puntos pretenden minimizar este fenómeno. Así, aumentar la tensión permite disminuir la intensidad de corriente y, con ello, el número de electrones que pueden chocar con el conductor. También el uso del cobre, que ofrece poca resistencia, va encaminado a reducir estas pérdidas de energía.
Tampoco es muy recomendable la instalación de calefacciones en las viviendas basándose en esta ley. Ahora mismo, ese sistema ni es eficiente ni sostenible. Tal vez, cuando toda la energía eléctrica se obtenga de fuentes renovables, se puede replantear esta posibilidad. Aun así, en algunos casos concretos e individuales puede ser viable esta opción. Sin embargo, para una calefacción central convencional, conviene realizar algunos estudios.
En conclusión, estos son los ámbitos de aplicación del efecto Joule hoy en día. Sin duda, se trata de un fenómeno que ha sido fundamental para el desarrollo de un gran número de sectores industriales.
