LAMPARA CASERA EFECTO JOULE

INTRODUCCIÓN

- Este trabajo es un trabajo teórico y experimental el cual consiste en la elaboración de una lámpara casera con la cual se demostrará el efecto Joule. En este trabajo se hará investigación teórica y se demostrará con una parte experimental.

- Las lámparas incandescentes que usamos hoy en día son eficientes debido a los materiales con los que están hechos, desde las fuentes de energía hasta los diversos componentes en su elaboración. Hay que recordar que la primera lámpara incandescente se le atribuye a Thomas Alva Edison en 1879, aunque en realidad fue Humphry Davy quien lo demostró. Ambos descubrieron que un alambre podía iluminarse intensamente enviando electricidad a través del mismo. Esto era gracias a los buenos conductores de calor que se utilizaron como el cobre, metal o alambre. El experimento realizado demostrará cómo se genera luz por medio del exceso de calor, lo diferente será el tipo de “conductor” que se use, ya que en este caso se realizará un circuito para generar luz con un mal conductor de calor que será el grafito. Se demostrará cómo es que aun con el uso del grafito es posible crear luz, además se verá y explicará qué le pasa al grafito y qué reacción tiene que hace que se produzca luz. Sin olvidar el propósito de esto se explicará en qué consiste el efecto Joule y cómo es posible verlo por medio de la elaboración de este circuito. El experimento consiste en la creación de un circuito parecido al de una lámpara o foco de Edison, usando diferentes conductores de calor, en este caso se usó como fuente de energía una batería de motocicleta y como generador de luz una lámina de grafito. Con la elaboración del experimento se pudo observar que aunque el grafito es un aislante de calor pudo generar luz debido a la combustión de éste, lo que ocurrió es que debido a la fricción de los electrones se generó demasiado calor por lo que la temperatura del grafito se elevó al máximo provocando así su lenta combustión generando luz.

PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

- El proyecto de la lámpara casera con efecto Joule se pudo apreciar los materiales usados para el éxito de este experimento en los cuales se pudo observar claramente el efecto joule en ella.

- Lo que ocurre en la lámpara es un fenómeno irreversible por el cual si en un conductor circula corriente eléctrica, parte de la energía de los electrones se transforma en calor debido a los choques que sufren con los átomos del material conductor por el que circulan, elevando la temperatura de la lámpara.

HIPÓTESIS

- Lo que se va a comprobar con este experimento es el proceso del efecto Joule en la lámpara, el desprendimiento de calor provocado por el movimiento de electrones –también conocido como corriente eléctrica– por un material. Este efecto se recoge en la fórmula Q = P x t, donde “Q” es energía o calor desprendido (también representada por la letra E y medida en Julios o Calorías), “P” la potencia consumida (medida en vatios) y “t” el tiempo transcurrido (medido en segundos).

ANTECEDENTES

- Hacia el año 1800, el químico inglés Humphry Davy llevó a cabo un experimento que demostró la inexistencia del calórico. Tomó dos pedazos de hielo y los frotó el uno contra el otro en el vacío, hasta que llegaron a fundirse. El resultado de este experimento era inexplicable desde el punto de vista de la teoría del calórico. ¿De dónde sacaban los dos pedazos de hielo el calórico necesario para llegar a fundirse? La noción de calórico fue relegada al olvido.

- Como consecuencia de las investigaciones realizadas por el mismo Davy y por el también físico británico Thompson Rumford se empezó a conjeturar la existencia de una noción de alcance más general que la ya periclitada de calórico, pero que, al igual que esta, tenía que obedecer a un principio de conservación. La experiencia básica que les guiaba era muy sencilla: cuando se frotan dos cuerpos el uno contra el otro, su temperatura se eleva. Así, partiendo de un trabajo puramente mecánico, se obtiene el mismo resultado que si se cede a ambos cuerpos cierta cantidad de calor.

- El médico alemán Robert Mayer, a mediados del siglo XIX, fue el primero en emitir la hipótesis de que calor trabajo eran dos fenómenos de idéntica naturaleza y que, por lo tanto, debía existir alguna relación entre estas dos magnitudes. Sin embargo, esta revolucionaria idea no fue aceptada hasta que James Prescott Joule, en la fábrica de cerveza que su padre poseía en Manchester, realizó un experimento célebre. Determinó que el trabajo necesario para elevar a una altura de un metro un peso de 428 gramos era equivalente a la cantidad de calor capaz de elevar un grado Celsius la temperatura de un gramo de agua.

OBJETIVO GENERAL

- Demostrar cómo la energía eléctrica se transforma en calor generando energía luminosa usando malos conductores de calor como el grafito, demostrando así el efecto Joule.

OBJETIVO ESPECÍFICO

- Reconocer y explicar la función de cada uno de los implementos necesarios del experimento.

- Argumentar en que otras situaciones se cumple este Efecto.

- Indagar sobre las causas del efecto Joule.

JUSTIFICACIÓN

- El efecto Joule es utilizado para calcular la energía disipada en un conductor atravesado por una corriente eléctrica.

- La potencia P disipada en un conductor es igual a la diferencia de potencial V a la que está sometido multiplicada por la intensidad de corriente I que lo atraviesa. La energía desarrollada E es el producto de la potencia P por el tiempo transcurrido, luego la energía E es el producto de la tensión V por la intensidad I y por el tiempo t.

-  El efecto Joule  se ve cada día y está muy cerca de nosotros.

- Es importante ya que con esta investigación podemos observar más de cerca este efecto y saber más a fondo sobre este experimento que nos puede servir en nuestras vidas.

MARCO TEÓRICO

- Cuando circula corriente eléctrica por un conductor, parte de la energía cinética de los electrones se transforma en calor y eleva la temperatura de éste. Con lo que se origina el fenómeno de conocido como Efecto joule.

- El enunciado de la Ley de Joule dice “El calor que desarrolla una corriente eléctrica al pasar por un conductor es directamente proporcional a la resistencia, al cuadrado de la intensidad de la corriente y el tiempo que dura la corriente”.

- Dónde:

             Q = Energía calorífica producida por la corriente

              I = Intensidad de la corriente que circula

             R = Resistencia eléctrica del conductor

              t = Tiempo

METODOLOGÍA

- En este trabajo se realizó una combinación de técnicas de análisis tanto cuantitativas como cualitativas. Para la recolección de los datos se buscó la información en libros y páginas web y también lo analizado al hacer esta clase de experimento.

RESULTADOS ESPERADOS

- Debido a la resistencia de la mina del lápiz, el paso de los electrones a través de este material se dificulta provocando que parte de su energía cinética, es decir parte de la energía de desplazamiento de la partícula, sea convertida en calor, elevando la temperatura del grafito. Parte de esta energía calorífica se puede percibir como energía luminosa; lo que provoca es brillo parecido al de una lámpara.

- Una de las propiedades del grafito es su gran resistencia eléctrica, debido a la cual el paso de los electrones se dificulta y provoca un choque entre las partículas, el cual al estar a una presión constante eleva la temperatura y por la estructura formada por átomos de carbón provoca la combustión del grafito. Al llegar al punto de la total combustión el grafito deja de conducir electrones y por tanto el circuito se deshace y deja de producir calor, disminuyendo la temperatura del grafito y dejando emitir luz.

BIBLIOGRAFÍA

- https://es.wikipedia.org/wiki/Efecto_Joule

- http://hipertextual.com/2015/05/efecto-joule

JOSUE GERARDO SÁNCHEZ LAGUADO

JOHAN MAURICIO LOPEZ PINTO

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