Descripción del efecto térmico con pocos ejercicios

1. EFECTO
TÉRMICO DE
LA
ELECTRICIDAD
• Cuando la corriente eléctrica fluye por una
resistencia eléctrica ésta se calienta.
• El calor producido depende de la energía
eléctrica consumida por la misma,
E = P * t
• Las aplicaciones del efecto térmico de la
electricidad:
• Calefacción Cocinas Hornos.
• El efecto térmico también provoca
inconvenientes cuando no es deseado, como
por ejemplo el calentamiento que se
produce en los conductores de las líneas
eléctricas cuando son recorridos por
corriente.

2. Efecto Joule
• Los conductores y las resistencia se calientan cuando son atravesados por
una corriente eléctrica. Fenómeno conocido como “Efecto Joule".
• El físico P. James Joule estudió la relación que existe entre la energía y su
transformación plena en calor. A base de experimentar con un calorímetro.
Llegó a la conclusión de que la energía de 1 Julio es equivalente a 0,24
calorías.
Q= 0,24 *E
• Q = calor en calorías
• E = energía en Julios
• Además,
E = P * t E = I2*R*t

3. Efecto Joule - Ejemplos

4. Ejercicios
• Calcular el calor desprendido por un horno eléctrico de 2000W en 5
minutos de funcionamiento.
• Calcular el calor desprendido por un conductor de cobre de 100 m de
longitud y 1,5 mm2 de sección que alimenta un grupo de lámparas de
1500W de potencia a una tensión de 230 V durante un día.

5. Calor específico
• El calor específico de una substancia es la cantidad de calor que se precisa para
aumentar la temperatura en 1°C una masa de 1 gramo.
• Para elevar la temperatura en 1°C
– Se necesita 1 caloría para 1 gramo de agua.
– Se necesita 0,093 calorías para 1 gramo de cobre.
• Conociendo el calor específico de una substancia y su masa es posible calcular la
cantidad de calor que es necesario aplicar para elevar su temperatura. Para ello
aplicaremos la expresión:
Q = m * c * ∆t°
Q= cantidad de calor (calorías)
m = masa (gramos)
c = calor específico (cal/gr °C)
∆t° = Variación de temperatura

6. Calor específico
Substancia Calor Específico
Cal/gr°C
Agua 1
Cobre 0,093
PVC 0,210
Acero 0,110
Aluminio 0,220

7. EJERCICIOS
• Determinar el calor necesario para elevar la temperatura de un
litro de agua de 20 a 50°C.
• Determinar la potencia que deberá tener un termo eléctrico de
agua para calentar un depósito de 50 litros en 1 hora. El agua
entra a 12°C y se desea calentarla hasta 60°C. Calcular también
el valor óhmico de la resistencia de caldeo para una tensión de
230 V.
• Calcular el tiempo aproximado que hay que tener conectada la
resistencia calefactora de un calentador eléctrico de agua
sanitaria de 3500 W de potencia, si la capacidad de su depósito
es de 75 litros, y el agua se calienta de 10°C a 50°C.

8. Resistencia de un conductor
Material
Resistividad
(Ω mm2 /m) a 20°C
Aluminio 0,028
Cobre 0,0172
Constatan 0,489
Plata 0,0159
Plomo 0,205
Tungsteno 0,0549
𝑅 = 𝜌
𝑙
𝑠
Donde:
ρ resistividad del material
L longitud del cable
S el área de la sección transversal
Hallar la resistencia que ofrece al paso de la corriente eléctrica un conductor de
cobre de 500 m de longitud cuyo diámetro es 1,6 mm

9. Calentamiento de los conductores
• Calcular la potencia que se pierde
en un conductor de cobre de
100m de longitud y 1,5 mm2 de
sección que alimenta un motor
eléctrico de 3 kW de potencia a
una tensión de 230 V.
La potencia perdida en un conductor produce calor que, al acumularse, eleva su temperatura,
pudiendo fundir el aislante.

10. ¿Por qué se emplean altas tensiones en el
transporte de energía?
Con un voltaje de:
120 V 10 000 V
𝐼 =
𝑃
𝑉
=
10 000𝑊
120𝑉
= 83,3 𝐴 𝐼 =
𝑃
𝑉
=
10 000𝑊
10 000𝑉
= 1 𝐴

11. Caídas de tensión en las líneas eléctricas
• Se desea suministrar energía
eléctrica a un motor de 10 kW
a 230 V. Para ello, se tiende
una línea de cobre de 6mm2
de sección desde un
trasformador de distribución
situado a 75m.
• Calcular:
– a)resistencia de la línea.
– b)intensidad del circuito
– c) caída de tensión en la línea
– d) potencia perdida en la línea.

12. Cortocircuito
• Se llama cortocircuito a la unión de
dos puntos, entre los cuales hay una
tensión eléctrica, por un conductor
con resistencia muy baja, lo que
origina, una intensidad muy elevada.
• A una tensión de 100V se produce un cortocircuito mediante un conductor de 0,01 ohmios
de resistencia. ¿Cuál es la intensidad de cortocircuito?
• Determinar la intensidad de cortocircuito que aparecerá en una toma de corriente si la
energía proviene de un transformador de distribución de 125 V y la línea de alimentación
consiste en cable de cobre de 4mm2 de sección con una longitud total de 100 m.

13. Sobrecarga
Se produce una sobrecarga cuando hacemos pasar por un conductor eléctrico más
intensidad de corriente que la nominal. Se provocan por:
• Conectar demasiados receptores en una línea eléctrica.
• Mal funcionamiento de un receptor que tiende a un mayor consumo eléctrico.
• Motor eléctrico que es obligado a trabajar a más potencia que su nominal.
Las sobrecargas originan un aumento de intensidad por los conductores que, con el
tiempo suficiente, puede llegar a provocar su destrucción por elevación de
temperatura. Factores que afectan:
• El número de veces que se supera la intensidad nominal.
• El tiempo que dura la sobrecarga.
• Una sobrecarga provoca daños cuando estos dos factores son considerables.

14. Sobrecarga