L’effetto Joule: una resistenza che scalda l’acqua
Quando la corrente attraversa un resistore, gli elettroni urtano gli ioni del reticolo e cedono loro energia: il resistore si scalda. È l’effetto Joule, su cui funzionano stufe, bollitori, ferri da stiro e fusibili. La potenza dissipata è P = V I = R I² = V² / R, e diventa calore.
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Q = P t = m c ΔT, c = 4186 J / (kg °C)
La potenza elettrica è P = V I: la tensione è l’energia per ogni coulomb, la corrente i coulomb al secondo. Con la legge di Ohm diventa R I² o V² / R. A parità di tensione, una resistenza più piccola scalda di più (passa più corrente).
Tutta l’energia elettrica diventa calore e va nell’acqua: dopo un tempo t la temperatura sale di ΔT = P t / (m c). La scena fa scorrere il tempo 20 volte più in fretta del vero e si ferma a 5 minuti.
Joule misurò nel 1841 che il calore prodotto è proporzionale a R I² t. Qui si trascurano le perdite verso l’esterno e il calore assorbito dal recipiente: in un vero esperimento l’aumento è un po’ minore.
L’animazione mostra, la spiegazione fa capire
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