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Potencia eléctrica y calentamiento por efecto Joule

Educación secundaria básicaFísicaFuente ideal de corriente constante que alimenta una resistencia óhmica fija, con conversión completa en calor

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Acerca de este experimento

Una resistencia convierte la energía eléctrica en energía térmica. Una fuente ideal de corriente permite mantener constante la corriente mientras se cambia la resistencia, por lo que resulta fácil aislar la dependencia cuadrática respecto a la corriente. Observe tanto la tensión necesaria de la fuente como la potencia: mantener la corriente fija mientras se aumenta la resistencia requiere una tensión mayor.

Objetivos de aprendizaje

  • Investigue cómo afecta la corriente a la potencia eléctrica mientras mantiene controladas las demás variables.
  • Usa el gráfico y las lecturas numéricas para comprobar una predicción.
  • Explica los supuestos físicos y dónde deja de ser aplicable este modelo.

Cómo usarlo

  1. 1Ajuste la corriente a 2 A, la resistencia a 10 Ω y el tiempo a 10 s. Compruebe que los valores sean 40 W y 400 J.
  2. 2Guarde la curva y duplique la resistencia. Explique por qué la potencia se duplica con la corriente fija.
  3. 3Duplique la corriente manteniendo la misma resistencia. Compare el aumento de la potencia, que se cuadruplica.
  4. 4Ajuste el tiempo de calentamiento a cero. ¿Por qué la potencia no es cero, pero el calor acumulado sí?

El modelo

Potencia eléctrica en una resistencia óhmica
Energía convertida en calor

Supuestos

  • La fuente ideal mantiene la corriente seleccionada ajustando su tensión. No es una fuente de tensión fija.
  • La resistencia es constante y toda la energía eléctrica se convierte en calor. No se calculan la temperatura, el enfriamiento ni la retroalimentación de la resistencia.

Pruébalo en clase

  1. Q1¿Cómo afecta a la potencia calorífica reducir la corriente a la mitad?
  2. Q2¿Por qué aumentar la resistencia puede reducir la potencia con una fuente de tensión fija, pero aumentarla aquí?

Preguntas frecuentes

¿Por qué no se muestra ninguna lectura de temperatura?

La energía térmica por sí sola no determina la temperatura. También se necesitarían la masa, la capacidad calorífica, los cambios de fase y las pérdidas de calor.

¿Está limitada la tensión de la fuente?

Esta es una fuente ideal. Las fuentes de corriente reales tienen límites de tensión y potencia, y puede que no mantengan la corriente elegida.