Effetto Joule

Effetto Joule

Quando un conduttore è percorso da una corrente, dissipa parte della sua energia elettrica.

Questo fenomeno prende il nome di effetto Joule.

Come mai avviene?

Per spostare le cariche elettriche, il campo elettrico esercita un lavoro su di esse. Sappiamo che il lavoro $\displaystyle { L }$ è uguale a $\displaystyle { -\Delta U, }$ ma anche che $\displaystyle { \Delta U = q\Delta V, }$ dove $\displaystyle { q }$ è la quantità di carica spostata, quindi avremo che:

$\displaystyle { L = - q\Delta V }$

Possiamo dividere entrambi i lati per $\displaystyle { \Delta t }$ per ottenere la potenza :

$\displaystyle { {L\over \Delta t} = - {q \Delta V\over t} }$

$\displaystyle { P = - {q \Delta V \over t} }$

Notiamo che $\displaystyle { {q\over \Delta t} }$ sarebbe la quantità di carica che viene spostata durante l'intervallo $\displaystyle { \Delta t, }$ ovvero la corrente $\displaystyle { i: }$

$\displaystyle { P = -i\Delta V }$

Siccome stiamo considerando la corrente convenzionale, le cariche stanno scendendo il potenziale, per questo $\displaystyle { \Delta V }$ risulta negativo e compensa il segno meno davanti.

Per convenzione, prendiamo $\displaystyle { V }$ come il modulo della variazione del potenziale, cioè $\displaystyle { V = |\Delta V|. }$ Abbiamo detto che $\displaystyle { \Delta V }$ è negativo, perciò dovremo avere $\displaystyle { V = - \Delta V. }$ Sostituendolo otteniamo:

$\displaystyle { P = iV }$

Quindi la potenza dissipata per l'effetto Joule è uguale all'intensità di corrente per la differenza di potenziale.

Se il nostro conduttore è ohmico , allora possiamo applicare la legge di Ohm e sostituire $\displaystyle { V }$ con $\displaystyle { iR: }$

$\displaystyle { P = i\cdot iR }$

$\displaystyle { P = i^2 R }$

Ed ecco la formula della potenza dissipata per l'effetto Joule.

Attenzione! $\displaystyle { P=iV }$ vale per tutti i conduttori, mentre $\displaystyle { P= Ri^2 }$ funziona soltanto se il nostro conduttore è ohmico.

Se vogliamo calcolare l'energia dissipata in un intervallo di tempo $\displaystyle { \Delta t, }$ ci basterà moltiplicare entrambi i lati dell'equazione per quest'intervallo ed ottenere:

$\displaystyle { P=iV }$

$\displaystyle { \Delta t \cdot P =\Delta t \cdot i V }$

Nei conduttori ohmici varrà anche:

Spesso quest'energia viene dissipata sotto forma di calore, ma non è sempre questo il caso. Quest'energia può essere dissipata, in generale, anche sotto altre forme.