En una cascada, la potencia del agua depende del desnivel del salto y del caudal del río.
En un circuito eléctrico, el «desnivel» es la diferencia de potencial (DDP) o tensión, que se mide en voltios (V). El «caudal» equivale a la intensidad de corriente, medido en amperios (A)
La potencia del circuito será P = V · I y se medirá en vatios (w), donde V es la tensión e I la intensidad.
Según la ya estudiada Ley de Ohm:
V = R · I
Así que: P = R · I · I o sea P = R · I2
La potencia es la energía consumida cada segundo.
Si el circuito trabaja t segundos, la energía gastada será:
W = R · I2 · t
Y se mide en julios (J) o en kilovatios hora (kwh).
Llamamos kilovatio hora (kwh) a la energía que gasta la potencia de un kilovatio (1000 vatios) actuando durante 1 hora.
Así, si una lavadora gasta una potencia de dos kilovatios a lo largo de 3 horas, su consumo total es de:
W = 2 kw · 3 horas = 6 kwh
Comparado con el julio:
1 kwh = 3.600.000 J
Debemos evitar el error habitual de confundir la unidad de potencia, el kilovatio, con la de energía, kilovatio hora. Cuando decimos que un motor tiene 2 kilovatios, nos referimos a la potencia, es decir a la energía que puede consumir cada segundo. Cuando, en el recibo de la luz, observamos que nos cobran 300 kwh nos referimos a la energía total que hemos consumido.
También hay que aclarar que las leyes matemáticas expresadas en esta página sólo son totalmente ciertas en circuitos de corriente continua (los que funcionan con pilas o batería) En otros circuitos las expresiones son más complejas y exceden al nivel que nos corresponde.
En la imagen vemos es una cascada natural. La energía que adquiere cada partícula de agua depende de la altura de la cascada. No obstante, una cascada con muy poco agua no proporcionará mucha energía. Para eso hace falta que el número de partículas de agua en cada segundo, es decir el caudal, sea muy grande.
En el circuito eléctrico, la diferencia de potencial entre los polos de la pila representa la altura del salto eléctrico. De esa magnitud depende la energía que alcanza cada electrón.
Para determinar la potencia que consume el circuito hay que saber cuántos electrones pasan cada segundo por un punto del circuito. La cantidad de carga por segundo (intensidad) que pasa por el amperímetro y por la bombilla equivale al caudal eléctrico.
El efecto Joule
¿En qué se emplea la energía consumida por un circuito eléctrico? El caso más sencillo es el de una resistencia unida a un generador de corriente.
Los electrones que recorren el circuito cuando este se cierra, adquieren energía del generador, pero la pierden en choques con los átomos del conductor, en forma de calor irradiado al ambiente. James Prescott Joule estudió este fenómeno, observando que siempre se satisfacía la siguiente relación:
Ley de Joule: Q = R · I2 · t · 0,24
Donde Q es el calor emitido por el circuito medido en calorías. Una caloría es el calor necesario para que un gramo de agua aumente un grado su temperatura.
Como ya sabemos que la energía consumida es:
W = R · I2 · t
La Ley de Joule nos dice que toda la energía eléctrica se ha disipado en forma de calor, de forma que cada julio de energía se ha transformado en 0,24 calorías, su equivalente térmico.
El calor producido puede ser suficiente para elevar mucho la temperatura del conductor. En ese caso es posible que el cuerpo alcance el punto de incandescencia, a partir del cual parte de la energía irradiada es visible en forma de luz. Esto es lo que pasa en aparatos como la bombilla o el horno eléctrico.
James Prescott Joule (1818 – 1889)
Físico inglés, dedicado principalmente al estudio de la Electricidad y la Termodinámica.
Llevó a cabo sus experimentos sobre calor en su laboratorio doméstico, y para asegurar la exactitud de sus mediciones desarrolló su propio sistema de unidades. Su principal línea de trabajo fue la conversión de unas formas de energía en otras y, principalmente, establecer la idea de que el calor es una forma de energía.
Logró descubrir cómo emplear campos magnéticos para producir trabajo.
Trabajó con Lord Kelvin para establecer la escala absoluta de temperatura.
Un célebre experimento suyo permitió comprobar la relación entre el calor y la energía mecánica. Posteriormente encontró una relación entre la energía eléctrica consumida por un circuito y el calor disipado en el mismo (ley de Joule).
En su honor, la unidad de energía mecánica del Sistema Internacional se denomina Julio.
