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Universidad Nacional Autónoma de México
Facultad de Ingeniería
3.3 Ley de Joule.
Ing. Catarino Fernando Pérez Lara
Facultad de Ingeniería, UNAM
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• James Prescott Joule (Salford, Mánchester,
1818 - 1889) fue un físico inglés.
• Joule estudió el magnetismo, y descubrió su
relación con el trabajo mecánico, lo cual le
condujo a la teoría de la energía. La unidad
internacional de energía, calor y trabajo, es el
Joule, y fue declarado en su honor. Trabajó con
Lord Kelvin para desarrollar la escala absoluta
de la temperatura, hizo observaciones sobre la
teoría termodinámica (Ley de Joule) y encontró
una relación entre la corriente eléctrica que
atraviesa una resistencia y el calor disipado,
llamada actualmente como Ley de Joule. Con
sus experimentos se verifica que al fluir una
corriente eléctrica a través de un conductor,
éste
experimenta
un
incremento
de
temperatura.
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• Los electrones libres de los sólidos, al
desplazarse por efecto del campo
eléctrico
aplicado,
ganan
energía
cinética, la cual es transmitida a la
estructura del material al chocar éstos
con ella. Este intercambio de energía
entre los electrones acelerados por el
campo eléctrico y los átomos que
reciben el choque, da por resultado un
incremento de la temperatura del
material.
• El estado estable se obtiene cuando el
material transfiere a su ambiente una
cantidad de energía en forma de calor
por segundo, igual a la energía eléctrica
que recibe, manteniéndose así la
temperatura constante.
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V1
∆L
V2
A2
A1
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De la definición de potencial eléctrico
Al trasladar una carga ∆q del lado 1 al 2, la energía se
transforma en calor ∆U
U  V12 q
V12  EL
La energía en forma de calor por unidad de volumen es:
U  ELq
U
EL
E

q 
q
V
LA
A
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De la definición de potencial eléctrico
Al trasladar una carga ∆q del lado 1 al 2, la energía se
transforma en calor ∆U
U  V12 q
V12  EL
La energía en forma de calor por unidad de volumen es:
U  ELq
U
EL
E

q 
q  u
V
LA
A
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De la definición de potencial eléctrico
Tomado de ambos lados el incremento de tiempo y si este
tiende a cero.
u
E q
du
E dq
E




i
t
A t
dt
A dt
A
La energía por unidad de tiempo que es la potencia es:
i
du
J 
 EJ  E  J
A
dt
du
2
2J 
 J  E    watt  W
dt
s
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De la definición de potencial eléctrico
Tomando las diferenciales en ambos
sustituyen el potencial y por la ley de Ohm.
U
dU
U  Vq  V 

q
dq
dU  Vdq  Ridq
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lados
y
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Para una resistencia pura, tomando el diferencial dt en
ambos lados
dU
Ridq

dt
dt
dU
2
 Ri W 
dt
La última expresión es conocida como “Ley de Joule”
en honor al físico inglés James Prescot Joule (18181889) y representa la energía eléctrica que se
transforma en calor por segundo en un dispositivo de
resistencia R, por el cual circula una corriente i.
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De la definición potencia eléctrica en un resistor, toda
la energía eléctrica que recibe en un segundo, se
transforma en calor se denomina potencia eléctrica y
se representa por la letra P, entonces:
dU
2
P
 Ri
dq
2
V
W 
P  Vi 
R
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• Resistencia y resistores
• La resistencia eléctrica es una propiedad de los
materiales, para ser utilizada, se pueda reducir o
aumentar de acuerdo a su aplicación. Los
dispositivos que emplean esta propiedad se les
conoce como resistores.
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• Resistencia y resistores
• Simbología y tipos de resistores
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• Resistencia y resistores
• Simbología y tipos de resistores
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• Resistencia y resistores
• Simbología y tipos de resistores
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• La potencia de los resistores se puede
identificar indirectamente por su tamaño a
mayor tamaño, mayor potencia de
disipación.
• Resistencias de 1/4 [W]
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• Código de colores de los resistores
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• Código de
colores de
los
resistores
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• Código de colores de los resistores
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• Como conocer el valor de una resistencia
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Se conocen 150 m. de alambre ( ρ20°c :1.72x10 −8 ) y : α 0.004 (C -1 )
a una diferencia de potencial de 12 (V) .Si la sección circular del
alambre tiene un diámetro d: 0.511mm.
Calcule:
a) La resistencia del alambre a 20°C .
b) La densidad de corriente en el conductor a 20°C .
c) La velocidad de arrastre de los electrones si n:1023 electrones libres/
cm3.
d) La resistencia del alambre a 40 °C .
e) La energía transformada en calor, cada segundo, en el alambre, a
40°C .
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150
R  1.7210
 12.58
3 2
 (0.51110 ) / 4
8
12
1
6 A
J

 4.6510
2
3 2
m
12.58  (0.51110 ) / 4
v
12
1
4m


2
.
91

10
s
12.58 1.6 1019 1023 106   (0.511103 ) 2 / 4
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1   (40)
1  0.004(40)
R40  R20
 12.58
 13.51
1   (20)
1  0.004(20)
P40C
12 2
 R40  i40  13.51  (
)  10.66W
13.51
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• Próxima sesión 3.4 Conexiones de resistores;
resistor equivalente.
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