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Efecto calorífico de la corriente eléctrica

Cuando la corriente pasa por una resistencia, la energía eléctrica se convierte en calor. Ley de Joule: H = I²Rt, así que el calor crece con el cuadrado de la corriente, con la resistencia y con el tiempo. Estufas, planchas, tostadoras, bombillas y fusibles usan este efecto.

🎬 Historia paso a paso

  1. Aquí hay una resistencia de calefactor hecha de nicromo, unida a cables de cobre. No pasa corriente, así que la resistencia está fría y el calor producido es cero.
  2. Dejemos pasar 1 A por la resistencia de 20 Ω. Los electrones chocan con los átomos de la resistencia y los hacen vibrar: se calienta. Potencia = I²R = 20 W, y el calor se va sumando con el tiempo.
  3. Ahora la corriente se duplica a 2 A. La potencia salta de 20 W a 80 W: cuatro veces, no dos. El calor depende de I al cuadrado.
  4. Por los cables de cobre y por la resistencia de nicromo pasa la misma corriente, porque están en serie. Solo brilla la resistencia grande; el cobre, con poca resistencia, sigue frío.
  5. Un fusible es un hilo delgado con bajo punto de fusión, puesto en serie. Mira cómo la corriente supera sus 5 A: el hilo se funde y corta el circuito antes de que se dañe otra cosa.
  6. Te toca: cambia la corriente y la resistencia, y observa el brillo, la potencia P = I²R y cómo se acumula el calor H = I²Rt.

Consejo: arrastra la escena 3D para girarla. Usa dos dedos para hacer zoom.

🤔 Dudas comunes, resueltas

¿De dónde sale realmente el calor?

La fuente hace trabajo para empujar las cargas por la resistencia. Los electrones chocan con los átomos y les entregan energía, así que los átomos vibran más rápido: eso es calor.

¿Por qué al duplicar la corriente el calor se multiplica por cuatro y no por dos?

Pasa el doble de carga cada segundo, y además cada carga pierde el doble de energía (V = IR se duplica). 2 × 2 = 4. Mira cómo P pasa de 20 W a 80 W.

Por el cable de cobre y por la resistencia pasa la misma corriente. ¿Por qué solo brilla la resistencia?

El calor es I²Rt. Con la misma I y el mismo t, la parte con más resistencia recibe más calor. El nicromo tiene mucha más resistencia que el cable corto de cobre.

¿Cómo protege un fusible mis aparatos?

El hilo del fusible se funde con facilidad. Si la corriente supera su valor nominal, se calienta y corta el circuito primero, así que no llega más corriente a los cables ni al aparato.

¿Por qué el filamento de la bombilla es de wolframio?

El wolframio tiene un punto de fusión muy alto (unos 3380 °C), así que puede ponerse al rojo blanco y dar luz sin fundirse. En el 3D, solo brilla la parte de alta resistencia, igual que un filamento.

¿Qué es el efecto calorífico de la corriente?

Una pila empuja cargas a través de una resistencia. La fuente realiza trabajo sobre ellas; en una resistencia ese trabajo no pone nada en movimiento, así que todo se convierte en calor. Los electrones chocan una y otra vez con los átomos del metal, les pasan energía y los hacen vibrar más rápido, y eso lo notamos como un aumento de temperatura. Este es el efecto calorífico de la corriente eléctrica (efecto Joule).

Deducción de la ley de Joule

Supongamos una corriente I que pasa por una resistencia R durante un tiempo t, con diferencia de potencial V entre sus extremos. Carga que se mueve: Q = It. Trabajo de la fuente: W = VQ = VIt. Ese trabajo aparece como calor: H = VIt. Usando la ley de Ohm V = IR:

H = I²Rt (también H = VIt = V²t/R)

Ley de Joule: el calor producido en una resistencia es (i) directamente proporcional al cuadrado de la corriente, (ii) directamente proporcional a la resistencia para una corriente dada y (iii) directamente proporcional al tiempo que pasa la corriente. H se mide en julios cuando I está en A, R en Ω y t en s.

Aplicaciones del efecto calorífico

¿Cuándo es un problema el calor?

En cables, motores, ordenadores y cargadores el calor es energía perdida y puede dañar piezas. Por eso los cables de conexión son de cobre grueso, los aparatos electrónicos llevan ventiladores o rejillas, y la electricidad se transporta a larga distancia con voltaje muy alto (así la corriente, y la pérdida I²R, se mantienen pequeñas).

Fórmulas y definiciones clave

Ejemplos resueltos

1. Una corriente de 2 A pasa por una resistencia de 10 Ω durante 30 s. Calcula el calor producido.

H = I²Rt = 2² × 10 × 30 = 1200 J.

2. Una plancha de resistencia 50 Ω consume 4 A. ¿Cuánto calor produce en 1 minuto?

H = 4² × 50 × 60 = 48 000 J = 48 kJ.

3. Un calefactor de 20 Ω se conecta a 220 V durante 10 s. Calcula el calor producido.

H = V²t/R = 220² × 10 / 20 = 24 200 J.

4. Si la corriente por un calefactor se triplica, ¿cuántas veces mayor es el calor producido en el mismo tiempo?

H ∝ I², así que el calor se hace 3² = 9 veces mayor.

5. Un hervidor produce 60 000 J en 2 minutos con una corriente de 5 A. Calcula su resistencia.

t = 120 s. R = H / (I²t) = 60 000 / (25 × 120) = 20 Ω.

6. Un calefactor de 1100 W funciona a 220 V. ¿Qué fusible usarías: 2 A, 5 A o 10 A?

Corriente normal I = P/V = 1100/220 = 5 A. El fusible debe ser un poco mayor, así que elegimos el de 10 A; uno de 5 A se fundiría con el uso normal.

Errores comunes

Test de práctica

1. La ley de Joule es:
2. El filamento de una bombilla está hecho de:
3. El hilo de un fusible debe tener:
4. Si la corriente se reduce a la mitad, el calor producido en el mismo tiempo se vuelve:
5. Un fusible se conecta:

Práctica: responde tú mismo

Escribe o elige tu respuesta y pulsa Comprobar. Usa la pista si te atascas; la solución completa aparece después de responder.

Preguntas frecuentes

¿Qué es la ley de Joule?

El calor producido en una resistencia es H = I²Rt: varía con el cuadrado de la corriente, directamente con la resistencia y directamente con el tiempo.

Da tres aplicaciones del efecto calorífico de la corriente.

Calefactor, plancha o tostadora; la bombilla de filamento; y el fusible eléctrico.

¿Se estudia este tema en el currículo de secundaria?

Sí. El efecto calorífico, la deducción de la ley de Joule y sus usos (calefactor, bombilla, fusible) forman parte del tema de electricidad en los cursos de Física de secundaria.

Dónde se estudia

RomaniaClasa a X-aProducing and using direct current
CBSE (India)Class 10Effects of Current
China九年级(初三)Ch.18 Electric power
China高一Compulsory 3 Ch.12 Electric energy

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