L’efecte Joule es deu al físic vuitcentista James Prescott Joule. Es va centrar en investigar, sobretot, l’electricitat i la termodinàmica. Va ser precisament arran d’un d’aquests estudis quan va poder mesurar la calor que es desprèn d’un circuit elèctric pel pas de corrent pel seu interior en cada segon. Així, va concloure que la quantitat de calor és directament proporcional al quadrat de la intensitat de corrent, a la resistència que oposa el conductor i al temps en el qual circula l’electricitat.
Això vol dir que, si no desitges que el teu circuit s’escalfi, has de reduir la intensitat de corrent o buscar un conductor que ofereixi molt poca resistència. Això és així perquè cada material presenta una oposició diferent depenent de la seva conductivitat.
La llei de Joule
Si Lavoisier va enunciar que la matèria no es crea ni es destrueix, només es transforma, els físics vuitcentistes ho van aplicar a l’energia. No obstant això, aquest principi tan vital de la termodinàmica ja l’intuïen erudits de l’antiguitat com Tales de Milet o Empédocles. Per lògica, si introdueixes una potència en un circuit i, en mesurar al punt final, aquesta s’ha reduït, en alguna cosa s’ha hagut de convertir.
Per què es produeix exactament l’efecte Joule?
L’estructura de les molècules dels conductors és cristal·lina. Això vol dir que els seus àtoms es disposen ordenadament en els vèrtexs o fins i tot en el centre de les cel·les. Com a conseqüència, quan circula un corrent elèctric pel seu interior, un percentatge dels seus electrons xoca amb aquests àtoms. D’aquesta manera, es transmuta l’energia cinètica dels electrons en energia tèrmica. A efectes pràctics, el conductor experimenta un augment de la temperatura.
Un increment de la intensitat de corrent ofereix més possibilitats de xoc i, per tant, major és la calor alliberada. Aquest es pot calcular mitjançant la fórmula de la llei de Joule. La seva unitat de mesura és el Joule.
La relació entre els Joules i les calories
La calor que es desprèn és una mesura de treball, ja que és conseqüència de vèncer la resistència que oposa el conductor. Això és important tenir-ho en compte perquè, quan la calor procedeix d’un treball elèctric, es mesura en calories.
Així, és fonamental conèixer les seves equivalències perquè realitzis les conversions adequades en els teus càlculs. Un Joule són 0,24 calories i una caloria 4,18 Joules. Per tant, en aplicar la llei de Joule per al càlcul de la quantitat de calor, no tens més que multiplicar el seu resultat per 0,24 per a passar-ho a calories.
Àmbits d’aplicació de l’efecte Joule
L’escalfament dels conductors posseeix diferents aplicacions. En aquest sentit, has de saber que existeix una indústria investigadora per a crear conductors que gairebé no ofereixin resistència per a circuits cada vegada més eficients.
No obstant això, si consideres la part positiva dels àmbits d’aplicació de l’efecte Joule, veuràs que pots utilitzar-lo tant a nivell domèstic com industrial i fins i tot en il·luminació.
El llum incandescent
El filament d’aquestes bombetes és una resistència que, amb el pas del corrent elèctric, s’escalfa fins a la seva incandescència. D’aquesta manera, part d’aquesta calor que desprèn es transforma ara en energia lumínica. Com a conseqüència, l’efecte Joule ha estat imprescindible per a la il·luminació.
El seu ús domèstic
Qualsevol electrodomèstic que generi calor està emprant la llei de Joule. Pots pensar en forns elèctrics, planxes, bullidors, assecadors de pèl, radiadors elèctrics, etc.
A nivell industrial
Molts aparells funcionen tenint en compte aquesta llei. Per exemple, en soldadures com les de punt (imprescindibles per a la indústria automotriu i xapisteria), en forns de metal·lúrgia, en foses, etc.
Inconvenients de l’efecte Joule
El major inconvenient és la pèrdua d’aquesta energia en forma de calor i, com a conseqüència, el sobreescalfament dels circuits elèctrics. Aquest escurça notablement la vida útil de qualsevol aparell. Per aquesta raó, molts d’ells disposen d’un sistema de ventiladors o dissipadors de la calor.
Aprofitar aquest efecte no sempre és la millor solució per a guanyar en eficiència. Recorda que les línies d’alta tensió per a fer arribar l’electricitat a tots els punts pretenen minimitzar aquest fenomen. Així, augmentar la tensió permet disminuir la intensitat de corrent i, amb això, el nombre d’electrons que poden xocar amb el conductor. També l’ús del coure, que ofereix poca resistència, va encaminat a reduir aquestes pèrdues d’energia.
Tampoc és molt recomanable la instal·lació de calefaccions en els habitatges basant-se en aquesta llei. Ara mateix, aquest sistema ni és eficient ni sostenible. Tal vegada, quan tota l’energia elèctrica s’obté de fonts renovables, es pot replantejar aquesta possibilitat. Així i tot, en alguns casos concrets i individuals pot ser viable aquesta opció. No obstant això, per a una calefacció central convencional, convé realitzar alguns estudis.
En conclusió, aquests són els àmbits d’aplicació de l’efecte Joule avui dia. Sens dubte, es tracta d’un fenomen que ha estat fonamental per al desenvolupament d’un gran nombre de sectors industrials.
