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Efecto térmico de la corriente – el experimento Q = I²Rt

FísicaElectricidad y circuitosEdades 16–17Laboratorio virtual

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Usar con mi clase

Una resistencia calefactora en un calorímetro con agua: fija la corriente y el tiempo, lee el termómetro y comprueba Q = I²Rt = mcΔT representando ΔT frente a I² y frente a t. Otras pantallas muestran por qué se calienta un elemento de nicrom mientras los cables de cobre siguen fríos, cómo se funde un fusible y salta un interruptor automático por sobrecarga, y cómo aprovechan el efecto una lámpara de filamento, una plancha y un hervidor.

Lección: Efecto térmico de la corriente eléctrica, ley de Joule

Qué muestra

Cuando una corriente recorre un conductor, la energía eléctrica se convierte en calor: Q = I²Rt. En un calorímetro aislado este calor calienta el agua, Q = mcΔT con c = 4186 J/(kg·K), de modo que ΔT es proporcional a I² y a t. En un circuito en serie, el elemento y los cables llevan la misma corriente, así que la parte con mayor resistencia desprende mucho más calor. Fusibles e interruptores automáticos usan este mismo efecto para proteger el circuito. El modelo ignora la capacidad térmica del vaso y de la resistencia, y las curvas de fusible e interruptor están simplificadas.

Cómo usarla

En Calorímetro, fija Corriente I, Resistencia R, Masa de agua m y Tiempo de calentamiento t, y pulsa Conectar. Cada medida pasa a la tabla. Cambia solo I y haz al menos tres medidas para la gráfica ΔT frente a I²; elige ΔT frente a t y cambia solo t para la segunda gráfica. En Elemento y cables, cambia Material del elemento e I. En Fusible y MCB, elige Valor nominal, fija Corriente de carga y pulsa Conectar. En Aparatos, elige aparato, tensión y tiempo, y pulsa Anotar datos.

Parámetros que puedes cambiar

  • Pantalla Calorímetro, Elemento y cables, Fusible y MCB, Aparatos
  • Corriente I 0,5–4 A
  • Resistencia R 2–10 Ω
  • Masa de agua m 100–500 g
  • Tiempo de calentamiento t 60–600 s
  • Vaso sin aislar

Preguntas para explorar

  1. Cuando I pasa de 2 A a 4 A sin cambiar R, m ni t, ¿por qué factor aumenta ΔT?
  2. Calcula el calor específico c del agua con una medida. Sin aislamiento, ¿tu valor sale mayor o menor?
  3. ¿Cuál es la menor corriente de carga que funde un fusible de 10 A en 60 s, y cuánto tarda el MCB de 10 A con esa corriente?

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