Effetto Joule
In fisica, l'effetto Joule, anche detto effetto termico o legge di Joule, è un fenomeno per cui un conduttore attraversato da una corrente elettrica disperde energia sotto forma di calore in funzione dell'intensità della corrente elettrica che lo attraversa. Prende il nome dal fisico James Prescott Joule che lo osservò attorno al 1855.
In termini matematici si può scrivere la prima legge di Joule come segue:
Dove:
- P è la potenza dissipata
- V è la tensione ai capi del circuito
- I è la corrente (intensità di corrente, ovvero la quantità di elettroni passanti nella sezione di un conduttore nell'unità di tempo) che vi circola
Nel caso di un resistore, si può riscrivere utilizzando la Legge di Ohm come:
dove R è la resistenza del circuito.
Il fenomeno ha spesso implicazioni negative, poiché è causa di perdita di energia nelle linee di trasporto dell'elettricità ed in generale di qualsiasi circuito, nonché abbatte il rendimento delle macchine elettriche. È però alla base del funzionamento di molti dispositivi elettrici tra cui: la lampada a incandescenza, l'interruttore magnetotermico, il fusibile, il forno elettrico, l'asciugacapelli, lo scaldabagno elettrico.
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[modifica] Esempi
Facciamo due piccoli esempi chiarificatori:
[modifica] Primo esempio
Tensione alternata sinusoidale di 100V
(circuito in serie) R = 3Ω
X = 4Ω
Z = 5Ω (visto che Z^2 = R^2 + X^2)
cosΦ = 0,6 (visto che cosΦ = R/Z)
V = 100V
I = 20A (visto che I = V/Z = 100/5)
P = V I cosΦ = 100 x 20 x 0,6 = 1200 W
P = I^2 R = 20 x 20 x 3 = 1200 W
P = ((V cosΦ)^2)/R = ((100 x 0,6)^2)/3 = 1200 W
[modifica] Secondo esempio
Tensione continua di 100V
R = 3Ω
X = 0Ω (in continua questo valore è sempre 0 - zero)
Z = 3Ω (visto che Z2 = R2 + X2)
cosΦ = 1 (visto che cosΦ = 
)
V = 100V
I = 33,3333A (visto che I = V/Z = 100/3)
P = V I cosΦ = 100 x 33,3333 x 1 = 3.333,33 W
P = I^2 R = 33,3333 x 33,3333 x 3 = 3.333,33 W
P = ((V cosΦ)^2)/R = ((100 x 1)^2)/3 = 3.333,33 W
Con i due esempi sopra riportati abbiamo visto come si calcola la potenza nei circuiti elettrici. Vediamo ora come si calcola l'energia.
Come è stato detto all'inizio l'energia è proporzionale alla potenza per il tempo. Se la potenza è misurata in W (Watt) e il tempo è misurato in s (secondi) la loro moltiplicazione dà l'energia misurata in J (Joule).
Facciamo un esempio.
P = 1.000 w (watt)
T = 3.600 s (secondi) = 1h (1 ora)
E = P · T = 1.000 · 3.600 = 3.600.000 J
Se in un circuito elettrico parte dell'energia assorbita è convertita in una o più altre forme di energia (energia meccanica, energia potenziale, energia cinetica, ecc) è ovvio che solamente la parte residua è energia termica dissipata dal circuito elettrico stesso. Questo è il noto principio di conservazione dell'energia.
Facciamo un esempio: in un motore elettrico parte dell'energia assorbita è resa sotto forma di energia meccanica e la restante parte sarà trasformata in calore. Il motore si scalda e può necessitare di un sistema di raffreddamento.
