Potencia Electrica Y El Efecto Joule

Potencia Electrica Y El Efecto Joule

Se sabe que las baterías en su interior contienen sustancias químicas, si aplicamos una batería para abastecer un circuito, la energía química que se encuentra en el interior de la batería continuamente se transforma en energía cinética de los portadores de carga, esta energía es perdida rápidamente en consecuencia por las colisiones entre los portadores de carga y los átomos fijos en el conductor, la temperatura aumenta y la energía química se transforma en energía interna.

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Digamos que se encuentra conectada una batatera con una resistencia, estas forman un circuito, ahora simulemos que una carga positiva ∆Q pasa a través del circuito desde el punto A pasando por la batería y la resistencia hasta regresar otra vez al punto, este punto está conectado a tierra y sirve como referencia, el potencial del punto a es cero, cuando la carga se mueve del punto A hacia el punto B, pasa por la batería, cuyo voltaje es ∆V, se dice que en el sistema hay un aumento de su energía potencia eléctrica en una cantidad dada por ∆Q∆V, y existe en la batería un decremento de la energía potencial química en la misma cantidad.

La carga de traslada del punto C al punto D pasando por la resistencia, aquí pierde su energía potencial eléctrica debido a la colisiones de la carga con los átomo se la resistencia, en esta parte del proceso la energía es transformada a energía interna. Al regresar la carga al punto A, parte de la energía química de la batería fue cedida a la resistencia y es por eso que la temperatura se la resistencia aumenta.

La carga ∆Q presenta una pérdida de energía dada por ∆Q∆V cuando la carga pasa por la resistencia e un intervalo de tiempo dado ∆t, la siguiente expresión dicta la perdida de energía potencial eléctrica:

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I es la intensidad de la resistencia y ∆V es voltaje a través del sistema.

Al pasar la carga por la batería, la carga recupera energía, a costas de la energía química de la batería, se deduce que la razón de pérdida de energía potencial en el sistema al pasar la carga por la resistencia es igual a la razón en la cual en sistema obtiene energía interna en la resistencia, de manera que la tasa a la cual es entregada la energía a la resistencia, es decir, la potencia se determina con la siguiente expresión:

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Sabiendo que la resistencia se puede obtener utilizando la formula ∆V=IR, se puede determinar la potencia que se le entrega a la resistencia con la siguiente expresión:

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La unidad de potencia en el sistema internacional (SI) es el watt, normalmente en las empresas eléctricas maneja el termino Kilowatt por hora, esto quiere decir la energía consumida en una hora a una taza constante de un KW, esto tiene el valor numérico siguiente:

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Efecto joule.

En el caso de que una corriente I circule a través de un conductor con una resistencia no nula R en un intervalo de tiempo t, se produce una aumento de temperatura en el material conductor, para resolver esto, es necesario hacer una combinación de los modelos matemáticos de la ley de ohm y la potencia, esta combinación se hace de la siguiente manera:

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Se sustituye la variable V en la expresión matemática de potencia por la expresión matematiza de la ley de ohm que da como resultado V, la nueva expresión queda del siguiente modo ya simplificado:

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De manera que un joule de trabajo mecánico es igual a 0.24 calorías de energía térmica, esto es expresado se la siguiente manera:

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Ejemplo.

Un circuito suministra una corriente de 20.0 A, a un voltaje de operación de 120 V, determine el numero de focos de 75 W que pueden funcionar con esta fuente de poder.

No es necesaria una conversión de unidades.

Se tiene:

I = 20.0 A

∆V = 120 V

Pbombilla = 75 W

Se desea obtener:

Numero de bombillas funcionales = ?

Protocolo de solución.

Utilizando a siguiente formula se obtendrá la potencia total.

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Sustituimos y resolvemos.

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Utilizando el razonamiento común se deduce la siguiente relación.

Si una bombilla consume 75 W, n numero de bombillas consumen 2400 W, en base a esto sale la siguiente expresión:

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Sustituimos y resolvemos.

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Funcionan 32 bombillas con esta fuente de voltaje.


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