Care este celebrul efect Joule?
Nicolás Rivera - 24 mai 2015 - 21:31 (CET)
Căldura și curenții electrici merg întotdeauna mână în mână. La bine și la rău.
Cu siguranță, în mai multe ocazii ați auzit cuvântul iulie - și fără referire la luna calendarului - sau, dimpotrivă, cuvântul Joule (cuvântul iulie în engleză). Aceasta vine, în domeniul științei, de la fizicianul englez James Prescott Joule (1818-1889), care a efectuat diverse studii legate de mișcările particulelor subatomice, curenții electrici și generarea de energie.
Acest fizician a fost tatăl lui „Efect Joule” sau „legea Joule”, unul dintre pilonii care permit dezvoltarea și funcționarea multor dintre produsele care ne înconjoară astăzi. Dar care este efectul Joule? Care este semnificația studiilor efectuate de acest fizician englez?
Înțelegerea energiei și căldurii
Pentru a înțelege efectul Joule, trebuie să clarificăm pe scurt conceptul de căldură. Căldură Este cunoscut ca eliberarea de energie de către un sistem ca cauză a mișcării, la scară microscopică, a particulelor care o compun.
De exemplu: dacă încălzim o oală cu apă, ceea ce se produce de fapt este o creștere a energiei sistemului, ceva care, la nivel molecular, este tradus ca o mișcare mai mare a particulelor care alcătuiesc sistemul menționat. Această energie „absorbită”, ulterior, este eliberată înapoi în exterior sub formă de căldură, cu condiția ca mediul care înconjoară sistemul respectiv să aibă niveluri mai mici de energie (în acest caz, deoarece aerul care înconjoară oala este de obicei la o temperatură mai scăzută).
De ce această energie este eliberată în loc să fie conservată? Toate sistemele tind, prin natura lor, să caute o situație de odihnă sau calm - înțelegem odihna sau calmul ca fiind situația în care mișcarea particulelor sale este cel mai puțin posibilă. Prin urmare, când această stare de calm relativ este perturbată, sistemele schimbă energia cu cei din jur să încerce să se apropie cât mai mult de starea respectivă. În cazul oalei, căldura este emisă spre exterior pentru a încerca să „se răcească” și să-i reducă nivelul de energie. Acel schimb de energie este ceea ce numim căldură.
Care este efectul Joule și de ce apare?
Efectul Joule, din vedere de pasăre, este eliberarea de căldură cauzată de mișcarea electronilor –Cunoscut și sub numele de curent electric– de un material. Acest efect se reflectă în formula Q = P xt, unde „Q” este energia sau căldura degajată (reprezentată și de litera E și măsurată în Jouli sau Calorii), „P” este puterea consumată (măsurată în wați) și „T” Timpul scurs (măsurat în secunde).
Pentru a înțelege efectul Joule, trebuie să înțelegem originea curenților electrici. Pentru a face acest lucru, să ne imaginăm un circuit simplu cu o baterie de 6 volți (cu un pol pozitiv și unul negativ) și o rezistență de aproximativ 3 ohmi.
La conectarea bateriei la circuit, electronii depozitați în baterie vor începe să parcurgă circuitul de la polul pozitiv la negativ, traversând firele și rezistența conectată la acesta.
Acești electroni se mișcă din cauza unei diferențe de potențial - care, în acest caz, este de 6 volți. Pentru a înțelege acest concept, să ne imaginăm o scară. Polul pozitiv este zona superioară a scării. Polul negativ, zona inferioară. Din zona superioară, rulăm câteva bile. Acestea, inevitabil, vor începe să coboare în jos din cauza forței gravitaționale. Ceva similar se întâmplă cu electronii. Această mișcare a electronilor de la polul pozitiv (potențial mai mare) la polul negativ (potențial mai mic) este ceea ce cunoaștem sub numele de curent electric.