sábado, 26 de febrero de 2011
(Salford, Reino Unido, 1818 - Sale, id., 1889). Físico británico, a quien se le debe la teoría mecánica del calor, y en cuyo honor la unidad de la energía en el sistema internacional recibe el nombre de Julio.
James Prescott Joule nació en el seno de una familia dedicada a la fabricación de cervezas. De carácter tímido y humilde, recibió clases particulares en su propio de hogar de física y matemáticas, siendo su profesor el químico británico John Dalton; compaginaba estas clases con su actividad profesional, trabajando junto a su padre en la destilería, la cual llegó a dirigir. Dalton le alentó hacia la investigación científica y realizó sus primeros experimentos en un laboratorio cercano a la fabrica de cervezas, formándose a la vez en la Universidad de Manchester.
Joule estudió aspectos relativos al magnetismo, especialmente los relativos a la imantación del hierro por la acción de corrientes eléctricas, que le llevaron a la invención del motor eléctrico. Descubrió también el fenómeno de magnetostricción, que aparece en los materiales ferromagnéticos, en los que su longitud depende de su estado de magnetización.
Contribuciones a la Física
Las contribuciones más importantes que Joule hizo a la física fueron el probar que la energía no se crea ni se destruye, el encontrar el equivalente mecánico del calor y el descubrir la Ley de Joule. La idea de la conservación de energía, fue demostrada por Joule en una serie de experimentos. Durante sus primeros años de investigación, Joule demostró que el calor producido en un pequeño electro-imán construído por él mismo, se originaba de la energía eléctrica que se generaba a su vez por la energía mecánica que le daba poder al dínamo. A partir de este experimento, Joule concluyó que el calor producido en el electro-imán era energía que venía directamente del esfuerzo humano que entraba a la máquina. En un esfuerzo por cuantificar el trabajo mecánico, Joule utilizó una rueda de paletas que giraba por medio de pesas que caían, las cuales poseían energía potencial debido a su posición. Al caer, las pesas perdían la energía potencial y proporcionaban energía cinética a la rueda. Cuando la rueda de paletas giraba, revolvía el agua en una tina de cobre. Joule notó un aumento en la temperatura del agua cada vez que una pesa caía, y al relacionar el aumento con la caída de las pesas, Joule fue capaz de demostrar que la energía mecánica de las pesas que caían era convertida en energía calórica en el agua. Joule demostró que la cantidad de calor necesaria para aumentar la temperatura por un grado Fahrenheit de una libra de agua, requería el gasto de energía mecánica representado por la caída de 772 libras a través del espacio de un pie. Joule a través de su investigación mostró que el esfuerzo puede ser convertido a calor con un radio fijo de conversión de uno al otro y viceversa. Su principio "Conservación de Energía" se convirtió en la primera ley de la termodinámica, un campo de la física del que a menudo, se le considera fundador principal.
En 1840, Joule sometió un escrito llamado "La Producción del Calor por Electricidad Voltaica"a la Royal Society en Londres, donde descubrió que la cantidad de calor producida por segundo en un alambre o cable que conduce una corriente eléctrica, es igual a la corriente (I) elevada al cuadrado por la resistencia (R) del alambre o cable. El calor producido es la energía eléctrica perdida o desperdiciada (P). (P = I x I x R), esta relación es conocida como la "Ley de Joule". Inicialmente la Royal Society mostró poco entusiasmo por el escrito de Joule, y no publicó sus resultados completos. El trabajo de Joule en la relación del calor, la electricidad y el esfuerzo mecánico fue en su mayoría ignorado hasta 1847. En un escrito clave, en 1848, Joule fue la primera persona en calcular la velocidad de una molécula de gas, aproximadamente 1,500 pies por segundo para una molécula de oxígeno a temperatura promedio. Este descubrimiento mostraría los fundamentos para la futura Teoría Cinética de los Gases. Científicos renombrados como Michael Faraday y George Strokes reconocieron su trabajo, y en 1849, patrocinado por Faraday, Joule leyó su escrito "En el Equivalente Mecánico del Calor" a la Royal Society. Finalmente, en 1850, la Royal Society publicó su trabajo y lo eligió como miembro. Joule también fue presidente de la Asociación Británica en 1872 y en 1887. En 1852, William Thomson (Lord Kelvin) dándose cuenta de la importancia del trabajo de Joule, empezó a trabajar con él. Thomson y Joule trabajaron juntos por ocho años y desarrollaron el "Efecto Joule-Thompson", que explica el efecto refrigerante que se experimenta cuando los gases se expanden sin hacer ningún trabajo externo sobre ellos.
Joule reconoció la necesidad de unidades estándares de electricidad. La Asociación Británica para el Avance de la Ciencia, bajo la dirección de Maxwell, emprendió la tarea de crear unidades estándares y en reconocimiento a la contribución de Joule en relación al calor y al movimiento mecánico, nombró la unidad de energía como el "Joule". Un joule se define como el esfuerzo hecho cuando una fuerza de un newton mueve un objeto a una distancia de 1 metro (3.3 pies) en la dirección de la fuerza.
Causas del fenómeno
por la densidad de corriente 
:
Mediante la ley de Joule podemos determinar la cantidad de calor que es capaz de entregar una resistencia, esta cantidad de calor dependerá de la intensidad de corriente que por ella circule, del valor de la resistencia eléctrica y de la cantidad de tiempo que esté conectada, luego podemos enunciar la ley de Joule diciendo que la cantidad de calor desprendido por una resistencia es directamente proporcional al cuadrado de la intensidad de corriente al valor la resistencia y al tiempo. Pero el calor no es el único efecto de la corriente eléctrica, también lo es la luz. Existen dos formas de producir luz mediante la electricidad. 1. Por calentamiento. 2. Por excitación de un gas sometido a descargas eléctricas.
Aplicaciones
En este efecto se basa el funcionamiento de diferentes electrodomésticos como los hornos, las tostadoras y las calefacciones eléctricas, y algunos aparatos empleados industrialmente como soldadoras, etc., en los que el efecto útil buscado es, precisamente, el calor que desprende el conductor por el paso de la corriente.
Sin embargo, en la mayoría de las aplicaciones es un efecto indeseado y la razón por la que los aparatos eléctricos y electrónicos necesitan un ventilador que disminuya el calor generado y evite el calentamiento excesivo de los diferentes dispositivos como podían ser los circuitos integrados. E inclusive las lámparas incandescentes que producen más energía calorífica que lumínica
Efecto inverso
El calor puede producir corriente eléctrica. Cuando los extremos de un alambre conductor que forma parte de un circuito se hallan a diferentes temperaturas, circula por él una pequeñísima corriente eléctrica. Este efecto se aprovecha para la fabricación de termómetros como los utilizados en los automóviles para medir a temperatura del motor. El funcionamiento de las válvulas de seguridad de estufas y hornos de gas también está basado, entre otros, en este fenómeno.
La energia ni se crea ni se destruye solo se transforma
Las contribuciones más importantes que Joule hizo a la física fueron el probar que la energía no se crea ni se destruye, el encontrar el equivalente mecánico del calor y el descubrir la Ley de Joule. La idea de la conservación de energía, fue demostrada por Joule en una serie de experimentos. Durante sus primeros años de investigación, Joule demostró que el calor producido en un pequeño electro-imán construído por él mismo, se originaba de la energía eléctrica que se generaba a su vez por la energía mecánica que le daba poder al dínamo. A partir de este experimento, Joule concluyó que el calor producido en el electro-imán era energía que venía directamente del esfuerzo humano que entraba a la máquina. En un esfuerzo por cuantificar el trabajo mecánico, Joule utilizó una rueda de paletas que giraba por medio de pesas que caían, las cuales poseían energía potencial debido a su posición. Al caer, las pesas perdían la energía potencial y proporcionaban energía cinética a la rueda. Cuando la rueda de paletas giraba, revolvía el agua en una tina de cobre. Joule notó un aumento en la temperatura del agua cada vez que una pesa caía, y al relacionar el aumento con la caída de las pesas, Joule fue capaz de demostrar que la energía mecánica de las pesas que caían era convertida en energía calórica en el agua. Joule demostró que la cantidad de calor necesaria para aumentar la temperatura por un grado Fahrenheit de una libra de agua, requería el gasto de energía mecánica representado por la caída de 772 libras a través del espacio de un pie. Joule a través de su investigación mostró que el esfuerzo puede ser convertido a calor con un radio fijo de conversión de uno al otro y viceversa. Su principio "Conservación de Energía" se convirtió en la primera ley de la termodinámica, un campo de la física del que a menudo, se le considera fundador principal.
En 1840, Joule sometió un escrito llamado "La Producción del Calor por Electricidad Voltaica"a la Royal Society en Londres, donde descubrió que la cantidad de calor producida por segundo en un alambre o cable que conduce una corriente eléctrica, es igual a la corriente (I) elevada al cuadrado por la resistencia (R) del alambre o cable. El calor producido es la energía eléctrica perdida o desperdiciada (P). (P = I x I x R), esta relación es conocida como la "Ley de Joule". Inicialmente la Royal Society mostró poco entusiasmo por el escrito de Joule, y no publicó sus resultados completos. El trabajo de Joule en la relación del calor, la electricidad y el esfuerzo mecánico fue en su mayoría ignorado hasta 1847. En un escrito clave, en 1848, Joule fue la primera persona en calcular la velocidad de una molécula de gas, aproximadamente 1,500 pies por segundo para una molécula de oxígeno a temperatura promedio. Este descubrimiento mostraría los fundamentos para la futura Teoría Cinética de los Gases. Científicos renombrados como Michael Faraday y George Strokes reconocieron su trabajo, y en 1849, patrocinado por Faraday, Joule leyó su escrito "En el Equivalente Mecánico del Calor" a la Royal Society. Finalmente, en 1850, la Royal Society publicó su trabajo y lo eligió como miembro. Joule también fue presidente de la Asociación Británica en 1872 y en 1887. En 1852, William Thomson (Lord Kelvin) dándose cuenta de la importancia del trabajo de Joule, empezó a trabajar con él. Thomson y Joule trabajaron juntos por ocho años y desarrollaron el "Efecto Joule-Thompson", que explica el efecto refrigerante que se experimenta cuando los gases se expanden sin hacer ningún trabajo externo sobre ellos.
Joule reconoció la necesidad de unidades estándares de electricidad. La Asociación Británica para el Avance de la Ciencia, bajo la dirección de Maxwell, emprendió la tarea de crear unidades estándares y en reconocimiento a la contribución de Joule en relación al calor y al movimiento mecánico, nombró la unidad de energía como el "Joule". Un joule se define como el esfuerzo hecho cuando una fuerza de un newton mueve un objeto a una distancia de 1 metro (3.3 pies) en la dirección de la fuerza.
Efecto Joule
De Wikipedia, la enciclopedia libre
Se conoce como Efecto Joule al fenómeno 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. El movimiento de los electrones en un cable es desordenado, esto provoca continuos choques entre ellos y como consecuencia un aumento de la temperatura en el propio cable.Causas del fenómeno
Los sólidos tienen generalmente una estructura cristalina, ocupando los átomos o moléculas los vértices de las celdas unitarias, y a veces también el centro de la celda o de sus caras. Cuando el cristal es sometido a una diferencia de potencial, los electrones son impulsados por el campo eléctrico a través del sólido debiendo en su recorrido atravesar la intrincada red de átomos que lo forma. En su camino, los electrones chocan con estos átomos perdiendo parte de su energía cinética, que es cedida en forma de calor.
Este efecto fue definido de la siguiente manera: "La cantidad de energía calorífica producida por una corriente eléctrica, depende directamente del cuadrado de la intensidad de la corriente, del tiempo que ésta circula por el conductor y de la resistencia que opone el mismo al paso de la corriente". Matemáticamente se expresa como
por la densidad de corriente :
Mediante la ley de Joule podemos determinar la cantidad de calor que es capaz de entregar una resistencia, esta cantidad de calor dependerá de la intensidad de corriente que por ella circule, del valor de la resistencia eléctrica y de la cantidad de tiempo que esté conectada, luego podemos enunciar la ley de Joule diciendo que la cantidad de calor desprendido por una resistencia es directamente proporcional al cuadrado de la intensidad de corriente al valor la resistencia y al tiempo. Pero el calor no es el único efecto de la corriente eléctrica, también lo es la luz. Existen dos formas de producir luz mediante la electricidad. 1. Por calentamiento. 2. Por excitación de un gas sometido a descargas eléctricas.
Aplicaciones
En este efecto se basa el funcionamiento de diferentes electrodomésticos como los hornos, las tostadoras y las calefacciones eléctricas, y algunos aparatos empleados industrialmente como soldadoras, etc., en los que el efecto útil buscado es, precisamente, el calor que desprende el conductor por el paso de la corriente.
Sin embargo, en la mayoría de las aplicaciones es un efecto indeseado y la razón por la que los aparatos eléctricos y electrónicos necesitan un ventilador que disminuya el calor generado y evite el calentamiento excesivo de los diferentes dispositivos como podían ser los circuitos integrados. E inclusive las lámparas incandescentes que producen más energía calorífica que lumínica
Efecto inverso
El calor puede producir corriente eléctrica. Cuando los extremos de un alambre conductor que forma parte de un circuito se hallan a diferentes temperaturas, circula por él una pequeñísima corriente eléctrica. Este efecto se aprovecha para la fabricación de termómetros como los utilizados en los automóviles para medir a temperatura del motor. El funcionamiento de las válvulas de seguridad de estufas y hornos de gas también está basado, entre otros, en este fenómeno.
La energia ni se crea ni se destruye solo se transforma
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