Joule y la relación entre el calor y la electricidad

James Prescott Joule (1818 – 1889), físico británico reconocido tanto en su época como en la actualidad  por sus investigaciones sobre electricidad, termodinámica y energía. En su honor se dio nombre a la unidad del sistema internacional de energía, calor y trabajo, el Joule (J).

Fue el descubridor de un importante efecto que lleva su nombre, efecto Joule. Este fenómeno tiene 2 lecturas posibles, una positiva y otra negativa. ¿Cómo puede ser eso? Vamos paso a paso a intentar explicarlo.

Pero antes de seguir con su trabajo demos un repaso a su biografía para poder contextualizar históricamente el trabajo de este científico británico.

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James Prescott Joule (1818 – 1889), físico británico reconocido tanto en su época como en la actualidad  por sus investigaciones sobre electricidad, termodinámica y energía. En su honor se dio nombre a la unidad del sistema internacional de energía, calor y trabajo, el Joule (J).

Fue el descubridor de un importante efecto que lleva su nombre, efecto Joule. Este fenómeno tiene 2 lecturas posibles, una positiva y otra negativa. ¿Cómo puede ser eso? Vamos paso a paso a intentar explicarlo.

Pero antes de seguir con su trabajo demos un repaso a su biografía para poder contextualizar históricamente el trabajo de este científico británico.

Sus orígenes

Joule nació en una familia adinerada dedicada a la producción de cerveza. Durante su niñez recibía clases particulares de física y matemáticas por parte del famosos científico John Dalton (especialmente conocido por su modelo atómico y su tabla de pesos relativos de los elementos, que contribuyeron a sentar las bases de la química moderna y por haber descrito el daltonismo) y fue fuertemente influenciado por el químico William Henry (creador de la Ley de Henry sobre la absorción de gases por parte del agua) y por los ingenieros Peter Ewart (ingeniero que trabajó en turbinas y el campo de la termodinámica) y Eaton Hodgkinson (pionero en la aplicación de las matemáticas al diseño estructural). Desde entonces ya estaba fascinado por la electricidad pero su pronta incorporación al negocio familiar de la cerveza relegó a la corriente de electrones a un segundo plano.

Alrededor de 1840, dirigiendo ya la fábrica, empezó a investigar sobre la viabilidad de sustituir los motores de vapor que hacían funcionar la fábrica por el modelo de motor eléctrico recién inventado de la época, para conseguir así una mayor eficiencia. Durante este estudio descubrió  poco después la primera Ley de Joule, que trataba sobre la idea de la conservación de la energía, llegando a la conclusión de que cuando una corriente eléctrica circula por una resistencia ésta aumenta su temperatura, es decir, que parte de la energía eléctrica se transforma en energía térmica. Este fenómeno es más conocido como el efecto Joule.

El efecto Joule

El efecto Joule se manifiesta cuando la electricidad circula por un cable y se producen pérdidas de energía en forma de calor. En ocasiones estas pérdidas son usadas en nuestro beneficio y en otras son un verdadero dolor de cabeza para nuestros fines.

En aparatos eléctricos como el horno, el secador de pelo, la estufa eléctrica y la bombilla de incandescencia… las pérdidas de calor observadas por Joule nos son de gran ayuda ya que ese calor es aprovechado. El problema lo hallamos en el transporte eléctrico ya que el calor que se desprende de los cables que transportan la electricidad no es para nada beneficioso. Este calor que se desprende son pérdidas de electricidad y además puede resultar peligroso (incendios forestales).

¿Qué experimento realizó Joule para descubrir esas pérdidas de calor?

Joule realizó una serie de experimentos en los cuales observó esa transformación de energía en calor.

Destacaremos dos de los más importantes.

El primero consistió en una rueda de paletas que era capaz de girar gracias a la energía cinética que le proporcionaban unas pesas cuando se dejaban caer y perdían su energía potencial. La rueda giratoria, que se encuentra sumergida en agua, hacía mover consecuentemente el agua y Joule se dio cuenta de que cada vez que una pesa caía, la temperatura del agua aumentaba. Así, fue capaz de demostrar que la energía mecánica de las pesas que caían era convertida en energía en forma de calor en el agua.

Experimento de transformación a energía calorífica

Experimento de transformación a energía calorífica

El otro experimento, en el que pudo ver la transformación de calor de parte de la electricidad al pasar por un cable conductor, consistió en sumergir un trozo de alambre en una masa fija de agua y medir el aumento de temperatura que sufría la misma causada por el paso de una corriente conocida por el trozo de alambre durante 30 minutos. Mediante la variación de la corriente y la longitud del alambre dedujo que el calor producido era proporcional al cuadrado de la corriente multiplicada por la resistencia eléctrica del alambre.

Joule fue uno de los científicos más destacados de su época y sus descubrimientos han ayudado a un mayor bienestar en nuestras vidas.

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