¿Sabes cómo funcionan los calefactores eléctricos? Para generar calor, se sirven del llamado efecto Joule, que aprovecha el impacto de los electrones para conseguir energía térmica. Vamos a ver en qué consiste y cómo funciona.

¿Qué es el efecto Joule?

El efecto Joule es un fenómeno que explica cómo los electrones en movimiento de la corriente impactan contra el material conductor. El conjunto de electrones, que posee energía cinética, impacta contra el material y genera energía térmica. Esto provoca el calentamiento del material por el cual están circulando.

Fue descubierto por James Prescott Joule en 1841, de ahí su nombre. Descubrió que si la energía fluida por un líquido o sólido con conductividad, la energía se convertía en calor. Es por ello que la calefacción por el efecto Joule es una de las principales aplicaciones prácticas de este principio físico. También descubrió que la intensidad del efecto depende de cuatro factores:

Resistencia: es la oposición que ejerce el material al paso del electrón. A más resistencia, más efecto Joule, ya que hay más colisiones. Se expresa en ohmios.
Intensidad: es la cantidad de electrones que hay en el circuito. A más intensidad, más calor. Se expresa en amperios.
Energía disipada: es la energía que se disipa en un conductor al circular por él energía eléctrica. Se expresa en Joules o Julios. Esto ocurre en las líneas eléctricas al transportar la electricidad, por lo cual, se eleva la tensión eléctrica para minimizar la intensidad y así reducir las pérdidas.
Tiempo: es el tiempo durante el que fluye la corriente. A más tiempo circulen los electrones, más efecto Joule.

Por lo tanto, la fórmula que relaciona estos conceptos a través de Efecto Joule es la siguiente: E = R·I2·t

Este fenómeno tiene numerosas aplicaciones. La más famosa es en sistemas de calefacción, haciendo funcionar las estufas eléctricas o los secadores de pelo. Puede funcionar tanto por convección como por radiación. También se usa en lámparas incandescentes, que se iluminan al calentar el filamento.

Aún así, la calefacción eléctrica no es el sistema más recomendado para calentar un hogar. La razón es que consume mucha electricidad para el calor que produce, generando 1 kWh de energía térmica por cada 1 kWh de energía eléctrica. Para comparar, un sistema de bomba de calor produce 4 veces más utilizando la misma cantidad de electricidad. Por ello, los calefactores eléctricos de este tipo se usan solo como sistemas auxiliares.

Además, es un efecto a tener en cuenta para diseñar circuitos eléctricos de todo tipo. Al existir pérdidas por calor, se deben crear sistemas para evitar sobrecalentamientos y garantizar el buen funcionamiento. Asimismo, se tiene en cuenta para minimizar las pérdidas al transportar la electricidad de un punto a otro, siendo el mejor ejemplo el anteriormente mencionado sobre las líneas de alta tensión.

¿Cómo funciona el efecto Joule?

Entender el efecto Joule es más sencillo de lo que parece. De hecho, explicado de forma clara, cualquiera puede comprender cómo la electricidad se transforma en calor.

Cuando una corriente eléctrica circula por un material conductor, los electrones en movimiento chocan con sus átomos, y estos choques generan una resistencia al flujo de electrones que provoca que parte de la energía eléctrica se convierta en calor, fenómeno que conocemos como efecto Joule.

En cuanto a la cantidad de calor que se genera, depende de tres factores: la intensidad de la corriente (medida en amperios), la resistencia del material (medida en ohmios) y el tiempo durante el que fluye la corriente.

Traducido al idioma matemático, se expresa con la fórmula Q = I² × R × t, donde ‘Q’ es el calor en julios, ‘I’ la corriente en amperios, ‘R’ la resistencia en ohmios y ‘t’ el tiempo en segundos.

Ejemplos del efecto Joule en la vida cotidiana

Aunque no todo el mundo conozca este concepto, ni siquiera su nombre, se trata de un fenómeno con el que la gran mayoría de nosotros interactuamos a diario. El efecto Joule es un fenómeno que se produce cuando la energía eléctrica se transforma en energía térmica. ¡Y la mejor forma de verlo es con algunos ejemplos del efecto Joule en la vida cotidiana!

Los calefactores eléctricos convierten la energía eléctrica en calor mediante resistencias que se calientan al paso de la corriente.
En las planchas eléctricas, al conectarlas a la red, la corriente eléctrica pasa por una resistencia que se calienta debido al efecto Joule, efecto que les permite quitar las arrugas a los tejidos.
Además, las bombillas incandescentes tienen un filamento de tungsteno que, al ser atravesado por corriente eléctrica, se calienta hasta emitir luz visible. ¡Otra muestra más de cómo funciona este efecto!
Estufas eléctricas: funcionan por efecto Joule.
Fusibles eléctricos: si se excede el flujo de corriente, se genera suficiente calor para fundir el fusible.
Secadores y rizadores de cabello: calientan el aire por efecto Joule.
Vitrocerámica: la superficie se calienta por efecto Joule.
Grill del horno: el grill se calienta por efecto Joule.
Cigarrillos electrónicos: calientan propilenglicol y glicerina vegetal por efecto Joule, vaporizándolos.

Inconvenientes del efecto Joule

A pesar de lo útil que resulta, este efecto que convierte la electricidad en calor también presenta algunos contras que es importante conocer.

En muchos sistemas eléctricos, el calor generado por el efecto Joule representa una pérdida de energía que no se aprovecha para el propósito principal del dispositivo, lo que afecta de forma negativa a su eficiencia.
El calor excesivo puede dañar componentes electrónicos y eléctricos, reduciendo su vida útil o provocando fallos. De ahí que equipos como los ordenadores o las consolas de videojuegos incorporen disipadores de calor.
Además, las instalaciones eléctricas defectuosas o con sobrecargas pueden alcanzar niveles peligrosos de calor, lo que aumenta el riesgo de incendios.
En una situación en la que la generación de calor es un efecto secundario, por ejemplo, cuando se alimenta un dispositivo o una máquina, hablamos de pérdida de energía en forma de calor que se libera al medio ambiente. Este tipo de pérdida se considera un fenómeno indeseable.

Sin duda, el efecto Joule es básico para nuestra calidad de vida, pero como ves, ¡debes tener cuidado al utilizarlo para no terminar lamentándolo!