Trabajo y Potencia de la Corriente: Ley de Joule

En los circuitos eléctricos, la energía potencial eléctrica provoca el movimiento de cargas. Este movimiento, las dota de energía cinética que posteriormente puede transformarse en energía mecánica para mover motores, energía lumínica para encender luces, etc.

Sin embargo, una parte importante de la energía cinética de las cargas se reduce debido a los continuos choques que se producen en los átomos mientras las cargas circulan de un lado a otro, provocando que parte de esta energía se disipe en forma de calor. A este fenómeno se le denomina efecto Joule, en honor al Físico británico James Joule (1818-1889). En este apartado vamos a estudiar el trabajo y la potencia en la corriente eléctrica, y el efecto que estos provocan en los conductores. Lo haremos a través de los siguientes puntos:

• Trabajo y energía eléctrica en un circuito
• Potencia de la corriente eléctrica
• El efecto Joule

Trabajo y energía eléctrica de un circuito

Cualquier carga q que se mueve através de un conductor desde un punto A hasta otro B en el que existe una diferencia de potencial eléctrico entre dichos puntos lo hace debido a la acción de un campo eléctrico. Dicho campo realiza un trabajo eléctrico para desplazar dicha carga desde A hasta B W_e(A->B), de tal forma que:

Si consideramos la definición de intensidad de corriente eléctrica ($I=\raisebox{1ex}{$q$}\!\left/ \!\raisebox{-1ex}{$t$}\right.$), podemos expresar el trabajo eléctrico realizado por el campo como:

$$W_e = I·t·\Delta V$$

Este trabajo eléctrico representa la energía utilizada por el sistema o circuito. En el Sistema Internacional de Unidades se mide en Julios (J), sin embargo, es común utilizar otros unidades como el kilovatio-hora (kWh).

1 kWh = 3.6 ·10⁶ J

Potencia de la corriente eléctrica

Cuando hablamos del trabajo, comentamos que en ocasiones importa más la rapidez con la que se desarrolla un trabajo que el trabajo en sí mismo. Por esta razón, se emplea una nueva magnitud denominada potencia eléctrica:

Si aplicamos la expresión de trabajo eléctrico estudiada anteriormente obtenemos que:

$$\begin{gathered} P_e=\frac{I·t·\Delta V}{t} \Rightarrow \\ \boxed{P_e=I·\Delta V} \end{gathered}$$

Si aplicamos la ley de Ohm, podemos obtener la potencia disipada en una resistencia:

$$\boxed{P=I^2·R}$$

Ley de Joule y corriente eléctrica

Tal y como comentamos al comienzo de este apartado, la energía eléctrica se puede transformar en otro tipo de energía, pero siempre una parte de la energía se pierde (disipa) en forma de calor.

Si consideramos la expresión de la ley de Ohm (V = I · R), y la aplicamos sobre la del trabajo eléctrico, obtenemos que:

$$\boxed{W=I^2·R·t}$$

Teniendo en cuenta esta ecuación y sabiendo que 1 Julio es equivalente a 0.24 calorías, podemos definir la ley de Joule de la siguiente forma: