Lámpara incandescente y su transformación a calor

En la mayoría de las bombillas, además de luz, se genera calor, gracias al filamento de su interior, el cual se encarga de dejar circular la electricidad. Esto se produce por la fricción de los átomos que circulan a través de un circuito eléctrico cerrado y al encontrarse una resistencia.

Las partes principales de una bombilla común son:

Ampolla: es el nombre que se le da a la parte de cristal que envuelve toda la bombilla.

Filamento: por el cual circulara la corriente eléctrica a través de ella poniéndolo incandescente.

Soporte del filamento: se encarga de sujetar el filamento.

Hilos conductores: a través de ellos, circula la corriente eléctrica hasta alcanzar el filamento.

Soporte de vidrio: es el encargado de sujetar y unir los hilos conductores con el casquillo.

Casquillo: es la parte inferior de la bombilla, la cual lleva la rosca o cualquier otro sistema de sujeción al portalámparas. La parte de la rosca, es la parte por donde retorna la corriente (-) y la parte más inferior, encontramos el terminal por donde empezara a circular la corriente (+)

El científico inglés, James Prescott Joule (1818-1889), reconocido sobre todo por su investigación en el campo de la termodinámica y la electricidad, estudio las partículas subatómicas en movimiento, el cual dio nombre al efecto físico. Este efecto físico es el encargado de calcular la energía disipada en un conductor, el cual se ve atravesado por una corriente eléctrica. Este efecto recibe el nombre del Efecto Joule.

El efecto Joule, es la transformación en forma de calor, producida por el choque de los electrones con los átomos del material conductor por el que circulan.

Para entender mejor el efecto Joule, pondremos un ejemplo claro y sencillo.

Imaginemos que tenemos una pila de 3 voltios, una bombilla y dos cables para poder conectarlo entre sí. En este caso, utilizaremos como resistencia una bombilla.

Al conectar la bombilla a los dos polos (negativo y positivo), la electricidad empezara a circular por el circuito cerrado del polo positivo al negativo, pasando por los cables y la bombilla.

Los electrones, al circular, impactan con los átomos de la resistencia (filamento de la bombilla) y esto hace que se muevan más o menos deprisa, desprendiendo energía calorífica.

En la primera imagen, observamos a los átomos circulando por un conductor que opone una resistencia muy baja. En este caso, la energía calorífica desprendida por los átomos, será menor, ya que no existe ningún tipo de fricción entre ellos.

En cambio, en la segunda imagen, apreciamos que los átomos se enfrentan a una resistencia mayor, por lo que chocan entre ellos. Con esto se produce una fricción, y como en cualquier material, se genera una energía calorífica. El calor desprendido por la fricción de los átomos al circular por la resistencia, puede ser incluso apreciable a simple vista, ya que el filamento de la bombilla, puede ponerse incandescente.

Depende de varios factores el que se disipe mayor o menor temperatura.

Una de ellas es la intensidad de la corriente, es decir, es la cantidad de electrones que circulan por la resistencia en una determinada unidad de tiempo.

Para denominar la intensidad, utilizamos la letra I y se mide en amperios A. La fórmula para calcular la intensidad es la siguiente: I = Q / t   (Q= carga eléctrica (expresada en Culombios); t= tiempo (expresado en segundos)).

Otro de los factores que influyen en el calor disipado es la resistencia que ofrece un conductor a los electrodos que circulan por él. Podemos entender como resistencia, únicamente a la bombilla, pero no es del todo cierto, ya que en el caso de tener cables, también son considerados como resistencia. La fórmula para calcular la resistencia es: R= V / I   (V= Voltaje (expresado en voltios); I= Intensidad (expresada en Amperios)).

La diferencia de voltaje o potencial, también es un elemento que hay que tener en cuenta a la hora de calcular la disipación de calor. Entendemos como diferencia potencial, al trabajo realizado por el campo eléctrico para trasladar la corriente positiva de un punto a otro. Para calcular el potencial eléctrico necesitamos aplicar la siguiente formula: V= W / Q

Por último, otro de los puntos a tener en cuenta es el tiempo. Contra mayor tiempo tengamos expuesta la resistencia a la corriente, mayor será la cantidad de calor generada.