Efecte Joule

L'efecte Joule, també anomenat llei de Joule, és la manifestació tèrmica de la resistència elèctrica. Si en un conductor elèctric circula electricitat, una part de l'energia cinètica dels electrons es transforma en calor a causa del xoc que experimenten els electrons amb les molècules del conductor per on circulen, cosa que fa augmentar la temperatura del conductor. S'anomena així en honor del físic anglès James Prescott Joule.

Els sòlids tenen, generalment, una estructura cristal·lina, en què els àtoms o molècules ocupen els vèrtexs de les cel·les unitàries, i de vegades també el centre de la cel·la o de les seves cares. Quan el cristall és sotmès a una diferència de potencial (ddp), els electrons són impulsats pel camp elèctric a través del sòlid i en el seu recorregut han de travessar la densa xarxa d'àtoms que el forma. En el seu camí, els electrons xoquen amb aquests àtoms i perden una part de la seva energia cinètica (velocitat), que és cedida en forma de calor.

Aquest efecte es va definir de la manera següent:

La quantitat d'energia calorífica produïda per un corrent elèctric és directament proporcional al quadrat de la intensitat del corrent quan circula pel conductor i a la resistència que oposa aquest conductor al pas del corrent.

Matemàticament:

$Q=I^{2}\times R\times t$

on:

Q = Energia calorífica produïda pel corrent

I = Intensitat del corrent que circula

R = Resistència elèctrica del conductor

t = Temps

El funcionament de les bombetes es basa en l'efecte Joule: el filament és una resistència que amb el pas del corrent s'escalfa fins a tornar-se incandescent.

On les magnituds han d'estar expressades en un mateix sistema d'unitats. Així, si expressem la intensitat en ampers (A), la resistència en ohms i el temps en segons, obtenim la calor produïda en joules (J).

En aquest efecte es basa el funcionament de diferents electrodomèstics, com, per exemple, els forns, les torradores, les calefaccions elèctriques i alguns aparells usats industrialment, en què l'efecte buscat és, precisament, la calor que desprèn el conductor a causa del pas del corrent. Les bombetes també es basen en aquest fenomen per escalfar el filament fins que produeix llum per incandescència. En la gran majoria de les aplicacions, però, és un efecte indesitjat i la raó per la qual els aparells elèctrics i electrònics (com l'ordinador en què llegiu això) necessiten dissipadors, a part d'un o més ventiladors que foragiten l'escalfor generada i eviten així l'escalfament excessiu dels diferents components i/o dispositius.