UNIVERSIDAD DE GUAYAQUIL

FACULTAD DE INGENIERÌA INDUSTRIAL

EXPOSICIÒN DE ELECTRICIDAD

TEMA: Ley de Joule en Corriente Continua.

DOCENTE. ING. LUIS MORA VILLACRES

INTEGRANTES.

ANDREA PEREZ PLUAS

DIANA OTACOMA MOROCHO

NELLY RODRIGUEZ GONZABAY

AULA#22 GRUPO#1

AÑO LECTIVO

2015-2016

ÍNDICE

1. Objetivo

2. Introducción

5. Fuentes de información

6. Collage

7. Conclusiones

8. Recomendaciones

1. OBJETIVO

Dar conocer la ley de joule en la corriente continua y definir los conceptos básicos de energía, calor y potencial eléctrico.

2. INTRODUCCIÓN

BREVE INTRODUCCIÓN A LA ENERGÍA, CALOR Y POTENCIA ELÉCTRICA.

Energía

La energía es la capacidad de los cuerpos para realizar un trabajo y producir cambios en ellos mismos o en otros cuerpos. Es decir, la energía es la capacidad de hacer funcionar las cosas.

La unidad de medida que utilizamos para cuantificar la energía es el Joule (J).

CALOR

Para la física, es la transferencia de energía de una parte a otra de un cuerpo, o entre diferentes cuerpos, en debido a una diferencia de temperatura. El calor es energía en tránsito; siempre fluye de una zona de mayor temperatura a una zona de menor temperatura, con lo que eleva la temperatura de la segunda y reduce la de la primera, siempre que el volumen de los cuerpos se mantenga constante. La energía no fluye desde un objeto de temperatura baja a un objeto de temperatura alta si no se realiza trabajo.

El potencial eléctrico o potencial electrostático en un punto, es el trabajo que debe realizar un campo electrostático para mover una carga positiva desde dicho punto hasta el punto de referencia, dividido por unidad de carga de prueba. Dicho de otra forma, es el trabajo que debe realizar una fuerza externa para traer una carga positiva unitaria q desde el punto de referencia hasta el punto considerado en contra de la fuerza eléctrica a velocidad constante. Matemáticamente se expresa por:

El potencial eléctrico sólo se puede definir para un campo estático producido por cargas que ocupan una región finita del espacio. Para cargas en movimiento debe recurrirse a los potenciales de Liénard-Wiechert para representar un campo electromagnético que además incorpore el efecto de retardo, ya que las perturbaciones del campo eléctrico no se pueden propagar más rápido que la velocidad de la luz.

1. DEFINIR LA INFLUENCIA DE LA TEMPERATURA EN LA

RESISTIVIDAD Y EN LA RESISTENCIA.

La resistividad es la última magnitud a tener presente en el cálculo de la

resistencia del material. Se define como la resistencia específica, es decir, la

oposición que ofrece un material al paso de la corriente eléctrica por unidad de

longitud y superficie (normalmente para su cálculo se utiliza varillas del material

que se debe calcular con unas dimensiones específicas de 1m de longitud y

1cm^2 de sección)

La resistividad es la parte más importante de la resistencia, ya que es la que

realmente nos identifica si un material es buen conductor o por el contrario es

un aislante. Hasta el momento, y considerando solamente la magnitud y la

sección, tendría la misma resistencia una varilla de madera que una de cobre,

suponiendo igual en las dimensiones físicas. Era, pues, necesario otro

parámetro que dependiera del material, la resistividad.

La resistencia de un conductor metálico aumenta al aumentar la temperatura.

Dicho aumento depende de la elevación de la temperatura y de coeficiente

térmico de resistividad alfa (α ), (el cual se define como el cambio de resistividad

por grado centígrado de variación a 0°C ó a 20°C). Loa semiconductores tienen

un coeficiente de temperatura negativo, mientras que muchos metales se

forman de superconductores (q=0) a pocos grados por encima del cero

absoluto.

La resistencia (R) para una variación de temperatura (t) (en grados

centígrados) está dada por:

R=R0 (1+α t )

Donde (R0 ) es la resistencia de la temperatura de referencia (generalmente 20°

C) y α en el coeficiente de temperatura de la resistencia).

Si la resistencia solo dependiera del tipo de material, no habría complicaciones,

ya que construida la tabla correspondiente. Estarían tabulados todas las

resistividades de los materiales más frecuentemente usados. Pero la

resistividad también depende de la temperatura, siendo necesarias

innumerables tablas, una para cada variación de la temperatura, para su

completa identificación.

El problema se solucionó, en parte, dando una única tabla; esta tabla

corresponde a una temperatura estándar de unos 20°C, y en ella están

representados los valores de la resistividad de la mayor parte de materiales

interesantes desde el punto de vista eléctrico. Cuando la temperatura no

conocida con los 20 °C, aplicando la siguiente fórmula (que es otra forma de

expresar la fórmula anterior), se obtiene el valor de la resistividad a cualquier

otra temperatura.

ρ°=ρ20 °C+ρ20 °α( T−20° )

Donde:

α = Coeficiente de temperatura a 20°C es un valor tabulado en las tablas.

ρo = Resistividad a la temperatura deseada.

ρ20 °C = Resistividad a 20°C (la de las tablas).

T = Temperatura a la que se desea determinar la resistividad.

2. FÓRMULA DE APLICACIÓN DE CADA UNO DE ELLAS.

2.1 TABLA DE VALORES DEL COEFICIENTE TEMPERATURA

PARA LOS CONDUCTORES Y AISLANTES.

2.2 ¿CÓMO SE DETERMINA LA RESISTENCIA DEL CONDUCTOR,

EL INCREMENTO DE TEMPERATURA Y EL COEFICIENTE?

La resistividad de un conductor depende en general de su estructura cristalina

(la forma como este organizado los átomos para formar el materia.

Determinar la resistencia del conductor

Ejemplo:

Un conductor tiene una longitud de 4 metros y una sección de 2 mm2. Calcular

su resistencia, si su coeficiente de resistividad es de 0,017 Ω · mm2 / m. L = 4

metros S = 2 mm2 ρ = 0,017 Ω · mm2 / m. R =?

R=ρ LS=0,017 Ωmm

2

mX4m2mm2=0,034Ω

Un alambre tiene una temperatura de 200 . Se le conecta a una diferencia

de potencial de 120 voltios con la cual lo atraviesa una corriente de 3

amperios. Se calienta hasta 500C y se vuelve a conectar a la misma

diferencia de potencial de 120 voltios. Si en estas resistencias y la

temperatura la corriente es de 2,5amperios. ¿Calcular el coeficiente de

temperatura?

En cada caso hallamos las resistencias. Con estas resistencias y las

temperaturas correspondientes, calculamos el coeficiente de

temperatura.

3. ¿QUÉ COSA ES CALOR ELECTRICO (LEY DE JOULE)?

LEY DE JOULE

Se conoce como efecto Joule al fenómeno irreversible por el cual si en un conductor circula corriente eléctrica, parte de la energía cinética de los electrones se transforma en calor debido a los choques que sufren con los átomos del material conductor por el que circulan, elevando la temperatura del mismo. El nombre es en honor a su descubridor, el físico británico James Prescott Joule

Según Joule

Una corriente eléctrica es justamente un movimiento de electrones. Éstos tienen masa, y por tener una velocidad, adquieren cierta energía cinética. Pero los conductores no son perfectos, y el movimiento de esos electrones es además desordenado. Como resultado, se producen muchos choques, en donde parte de la energía cinética se transforma en energía calórica, la que termina elevando la temperatura del conductor.

La velocidad a la cual se genera ese calor, es la potencia, la cual se expresa como:

.

Dónde:W = Cantidad de calor, en JoulesI = Intensidad de la corriente, en AmperesR = Resistencia eléctrica, en OhmsT = Tiempo de duración que fluye la corriente, en segundosLo que equivale a la ecuación para la energía eléctrica, ya que la causa del efecto joule es precisamente una pérdida de energía manifestada en forma de calor. Normalmente cuando el trabajo eléctrico se manifiesta en forma de calor se suele usar la caloría como unidad. El número de calorías es fácil de calcular sabiendo que: 1 joule = 0,24 calorías (equivalente calorífico del trabajo)1 caloría = 4,18 Joules (equivalente mecánico del calor)

Por lo que la ley de joule queda expresada como:

4.¿CUÁL ES LA UNIDAD DE MEDIDA DE LA ENERGIA CALORÍFICA O

CANTIDAD DE CALOR?

La unidad de medida del calor en el Sistema Internacional de Unidades es la misma que la de la energía y el trabajo: el Joule (unidad de medida).

Otra unidad ampliamente utilizada para la cantidad de energía térmica intercambiada es la caloría (cal), que es la cantidad de energía que hay que suministrar a un gramo de agua a 1 atmósfera de presión para elevar su temperatura de 14,5 a 15,5 grados Celsius. La caloría también es conocida como caloría pequeña, en comparación con la kilocaloría (kcal), que se conoce como caloría grande y es utilizada en nutrición.

1 kcal = 1.000 cal

Joule, tras múltiples experimentaciones en las que el movimiento de unas palas, impulsadas por un juego de pesas, se movían en el interior de un recipiente con agua, estableció el equivalente mecánico del calor, determinando el incremento de temperatura que se producía en el fluido como consecuencia de los rozamientos producidos por la agitación de las palas:

1 cal = 4,184 J

El joule (J) es la unidad de energía en el Sistema Internacional de Unidades, (S.I.).

El BTU, (o unidad térmica británica) es una medida para el calor muy usada en Estados Unidos y en muchos otros países de América. Se define como la cantidad de calor que se debe agregar a una libra de agua para aumentar su temperatura en un grado Fahrenheit, y equivale a 252 calorías.

5¿QUE ESCALORÍA?

Es la cantidad de calor que debe extraerse o transferirse a un gramo de agua para cambiar su temperatura en 1º C (cambiar su temperatura significa aumentarla en 1º C o disminuirla en lº C). Se abrevia “cal”.

Junto con la caloría se usa también la kilocaloría para medir el calor.

Kilocaloría: Es la cantidad de calor que debe extraerse o transferirse a 1 kilogramo de agua para cambiar su temperatura en 1º C. Se abrevia kcal.

Las calorías se miden con calorímetros especializados, en los que interviene la

siguiente fórmula física para calcular las calorías:

Q = m c ΔT

Donde m es la masa, c el calor específico y ΔT el incremento de temperatura que experimenta el cuerpo.

Algunas definiciones obsoletas de la caloría se refieren a dos calorías diferentes:

La denominada caloría pequeña o caloría-gramo, que corresponde a la caloría propiamente dicha, representa la energía calorífica necesaria para incrementar un grado celsius la temperatura de un gramo de agua, desde 14,5 °C a 15,5 °C. Equivale a 4,1868 J.

La caloría grande o caloría-kilogramo, representa la energía calorífica necesaria para elevar en un grado celsius la temperatura de un kilogramo de agua. Esta definición corresponde a la kilocaloría propiamente dicha y equivale a 4,1868 kJ.

1 cal = 4,1868 J

¿CUÁLES SON SUS EQUIVALENCIAS?

Científico Joule determinó que una cantidad dada de trabajo realizado

siempre era equivalente a una cantidad particular de entrada de calor.

Términos cuantitativos, se encontró que 4.186 Joule (J) de trabajo eran

equivalentes a 1 caloría (cal) de calor. Esto se conoce como el equivalente

mecánico del calor.

4.186J = 1 cal

4.186kcal

EJEMPLOS:

Una persona come demasiado helado y pastel en el orden de 500

calorías. Para contrarrestar este exceso, quiere hacer una cantidad

equivalente de ejercicio subiendo escaleras o una montaña. ¿Qué altura

debe escalar? Para este cálculo, considere que la masa de la persona

es de 60 kg.

PLANTAMIENTO: el trabajo W que se necesita hacer para subir

escaleras es igual al cambio en energía potencial

gravitacional: donde h es la altura vertical escalada.

SOLUCION;

500 calorías es iguala 500 kcal, lo que en joule equivale a (500 kcal)

(4.186x103 J / KCAL) = 2.1x106 J

El trabajo realizado al escalar una donde es la altura vertical escalada.

h es = Se resuelve para h:

hwmg

= 2.1 x106

(60kg)¿¿

En una fiesta de cumpleaños, una estudiante comió una rebanada de

pastel (400 Cal). Para evitar que esa energía se almacene como grasa,

ella asistió a una sesión de ejercicio en bicicleta estacionaria el día

siguiente. Este ejercicio requiere que el cuerpo efectué trabajo con una

tasa promedio de 200 watts. ¿cuánto tiempo deberá pedalear la

estudiante para lograr su objetivo de quemar las calorías del pastel?

PLANTAMIENTO: potencia es la rapidez con que ella efectué, y el watt

(W) es la unidad SI (1W = 1J / s) .para calcular el tiempo necesario para

efectuar este trabajo, expresando el contenido energético alimenticio en

joule y usamos la definición de potencia promedio, P = W/ t (trabajo /

tiempo).

SOLUCIÓN: El trabajo requerido para quemar el contenido energético

del pastel es de, al menos, 400 Cal. Hacemos una lista de los datos la

vez que los convertimos a unidades SI. (Recuerde que Cal significa

Kcal) entonces,

W=(400kcal )( 4186Jkcal )=1.67 x 106ρ=200W=200J

S

Reacomodamos la ecuación de la potencia promedio,

t=Wρ

=1.67 x 106 J

200 J / s=8.35 X 103=139min=2.32h

5. FUENTES DE INFORMACION

http://www.sapiensman.com/electrotecnia/problemas3.htm

http://html.rincondelvago.com/potencia-trabajo-y-energia-electrica.html

http://educativa.catedu.es/44700165/aula/archivos/repositorio/1000/1106/

html/22_ley_de_joule.html

https://books.google.com.ec/books?id=1dZYCPmS24UC&pg=PA83&lp

http://teoriaelectromagneticaleydejoule.blogspot.com/

http://e-ducativa.catedu.es/44700165/aula/archivos/repositorio/1000/1106/

html/22_ley_de_joule.html

http://www.monografias.com/trabajos82/el-calor/el-calor.shtml

https://es.wikipedia.org/wiki/Calor%C3%ADa

http://cienciaysalud.laverdad.es/la-alimentacion/la-nutricion-ciencia/

equivalencias-calorias-otras-unidades-energia-article.html

6. COLLAGE

7. Conclusión.

La resistencia eléctrica es una caracteristica asiciada a los materiales de uso

común en electricidad. Conociendo el valor de la resistencia de un conductor o

aislante podemos determinar, gracias a la ley de OHM su comportamiento en

un circuito. Por otro lado, se puede comprobar experiementalmente cómo la

resistencia eléctrica de un material depende de sus dimensiones y naturaleza.

También se puede comprobar que la resistenciaa tiende a elevarse con la

temperatura.

8. Recomendaciones.

Tener en cuenta que formula debes usa en los ejercicios de

aplicaciones.

Tener bien claro los conceptos básicos de energía, calor, potencia

eléctrica y la ley de Joule.

Tener cuidado con las prácticas de los experimentos de este tema.

PREGUNTAS A RESPONDER

1. ¿QUE ES CALORIA?

2. ¿CUALES SON LAS EQUIVALENCIA DE CALORÎA?

3. ¿CUALE ES LA UNIDAD DE MEDIDA DE LA ENERGIA

CALORIFICA?