Ley de Joule

Toda corriente eléctrica es portadora de energía que puede convertirse en otra forma de energía. Si se hace circular una corriente eléctrica durante un tiempo , por un conductor que tiene una resistencia , de él se desprenderá cierta cantidad de calor  (o mejor dicho, energía). Si la intensidad de esta corriente es , entonces el calor desprendido por este conductor es igual a:

La ecuación anterior, conocida como ley de Joule, vale para un conductor que cumple con la ley de Ohm, es decir, se cumple siempre que la resistencia del conductor no varíe. En definitiva, la ley de Joule establece que: si la resistencia permanece constante, el calor (energía) desprendido por dicho conductor, es directamente proporcional a dicha resistencia, al cuadrado de la intensidad de la corriente, y al tiempo durante el cual circula dicha corriente.

Más aun, si la resistencia permanece constante, entonces la potencia asociada a esta corriente continua es igual a , por lo que la ecuación anterior se puede reescribir como:

Para elevar la temperatura de un cuerpo hay que suministrarle cierta cantidad de calor (energía). Si  representa el aumento de temperatura, entonces podemos calcular este aumento de temperatura con la ecuación:

siendo la masa del cuerpo, y su calor específico (del material del que esta hecho el cuerpo). Para hacerse una idea, el calor específico del agua pura es , lo que significa que para elevar la temperatura de un kilogramo de agua pura, en un grado celsius (o kelvin), se necesitan 4.184 joules de energía.   

Actividad

Durante la comprobación de la ley de Joule se usó el montaje experimental esquematizado en la siguiente figura.

Dentro del vaso hay 90 gramos de agua, cuyo calor específico es . Como resultado de la medidas se consiguió la siguiente gráfica.

Se pide:

  1. Según esta gráfica, al aumentar la temperatura , ¿qué intensidad tenía la corriente eléctrica que circulaba por el calentador?
  2. Si la potencia del calentador es , ¿durante cuánto tiempo estuvo circulando la corriente eléctrica por el calentador para elevar la temperatura del agua ?
  3. ¿Cuánto vale la resistencia eléctrica del calentador?

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