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Fenómenos y magnitudes eléctricas: el efecto Joule |
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¿Cómo
mostrar el efecto Joule? Hay muchas maneras
válidas de experimentar el calentamiento producido por el paso
de la corriente eléctrica a través de un medio material.
La más sencilla consiste en poner
al rojo un hilo resistente, hecho de Nicrom o de cualquier otra
aleación de alta resistencia. También se puede alimentar
el filamento de una bombilla
con una tensión creciente para ver cómo se calienta, se
pone al rojo después y, con una tensión adecuada, se pone
incandescente y emite luz.La olla eléctricaPero, para experimentar con el efecto Joule eché mano del recuerdo, que guardo de mis tiempos de estudiante en un internado, de los inventos que ingeniábamos para poder calentar por la noche un café, con leche condensada, en el enorme dormitorio colectivo en el que descansábamos. Utilizábamos un bote de Cola-Cao, que entonces eran de hojalata, lleno de agua. Sumergíamos un objeto metálico cualquiera, procurando que no tocase ni las paredes ni el fondo del bote, para evitar un cortocircuito y conectábamos a la red de 220 voltios el bote metálico y el electrodo sumergido. Al cabo de veinte minutos, el agua estaba hirviendo.Mi propuesta, para experimentar el efecto Joule, consiste en calentar agua con una olla eléctrica semejante a las que utilizaba en mi época de estudiante, haciendo pasar la corriente a través de ella. Con esta actividad se descubren algunos fenómenos muy interesantes, además del efecto Joule: (1) la resistencia eléctrica del agua varía con la temperatura y (2) la corriente circula por la superficie del agua. |
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Debe buscarse
un contexto
adecuado para emprender esta actividad en
un momento del curso, o durante el transcurso de un proyecto, en el que
se
estén estudiando fenómenos relacionados con el efecto
Joule: resistencia eléctrica, materiales buenos y malos
conductores, efectos de la corriente, potencia eléctrica, etc. La construcción de la olla eléctrica es muy simple. Un bote metálico actuará como electrodo y servirá para contener el agua. Para el otro electrodo utilizo un tubo de cobre sumergido, tal como se muestra en la figura de la izquierda. Hay otras alternativas, utilizando un recipiente aislante e introduciendo dos electrodos en el agua, pero creo que es más sencilla la forma propuesta. |
Para
garantizar la seguridad hay que resolver dos problemas: (a) debe
mantenerse el aislamiento entre el bote y el
electrodo central y (b) la conexión del cable a la vasija y el
electrodo sumergido debe ser firme, para que los cables no puedan
soltarse. Para evitar que el tubo de cobre toque el bote
metálico, utilizo
un soporte de madera en el que cuelgo el electrodo con un pasador y,
para facilitar la conexión del cable de alimentación,
sueldo sendos terminales Faston al bote y al tubo.Circuito de prueba
El
día que probamos el funcionamiento de la olla, conectamos dos
polímetros
en el circuito de alimentación para medir la tensión y la
corriente que absorbía. Un termómetro sumergido nos
sirvió
para medir la temperatura del agua. El circuito de prueba se
corresponde con el esquema de la figura de la derecha.Pedí a mis alumnos que dibujasen una tabla en su cuaderno, con seis columnas: tiempo transcurrido (t), Tensión de alimentación (V), Intensidad de corriente (I), Temperatura del agua (T), Resistencia eléctrica del agua (R) y Potencia consumida (P). Asigné a cada miembro del grupo la tarea de leer una de las magnitudes cada minuto, siguiendo el ritmo marcado por el cronometrador oficial, y empezamos a anotar los valores de los instrumentos. Las medidas
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| Una vez, por
azar, a la vista de que la corriente seguía
aumentando sin que el termómetro indicase un cambio
significativo, sacamos el termómetro tanto que sólo
tocaba la superficie del agua. Entonces subió de golpe la
temperatura: ¡sólo se estaba calentando la superficie! Volvimos a tomar las medidas con la precaución de medir la temperatura en la superficie. Éstos fueron los resultados: |
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