Efectul Joule (numit si efectul electrocaloric sau efectul electrotermic) reprezinta fenomenul fizic de incalzire a corpurilor la trecerea curentului electric prin ele. Efectul Joule se opune trecerii curentului prin corpuri cu structura cristalina si cu electroni liberi pentru a pastra legaturile dintre electroni stabile. Acest efect „de opunere” conduce la o disipare de energie si deci la incalzirea materialului prin care trece curentul electric.
Efectul Joule este un fenomen fizic, ceea ce implica faptul ca toate consecintele sale nu pot fi reversibile sau inlaturate. Consecintele sale sunt atât negative (daunatoare) cat si pozitive (folositoare). Oamenii au cautat sa foloseasca acest efect, care face parte din viata de zi cu zi a fiecaruia si au incercat sa-i inlature consecintele daunatoare. Efectul poarta numele fizicianului englez James Prescott Joule(1818-1889), care a facut numeroase cercetari in domeniul electricitatii si al termodinamicii. In cursul investigatiilor sale despre caldura emisa intr-un circuit electric, a formulat o lege, cunoscuta sub numele de legea lui Joule: cantitatea de caldura Q degajata la trecerea curentului electric printr-un conductor este direct proportionala cu rezistenta R a conductorului, cu patratul intensitatii curentului si cu timpul t considerat. Expresia matematica a legii este: Q=R*I*I*t.
Consecinte daunatoare sunt: — incalzirea oricarui conductor parcurs de curent: masinile electrice se incalzesc foarte rapid si suprafetele necesita sa fie marite in dimensiune pentru a rezista la trecerea curentului, pentru ca cu cat suprafata este mai mare cu atât rezistenta este mai mica, iar cu cat rezistivitatea materialului este mai mare si rezistenta creste (R=O*l/S);
–in transportul energiei electrice prin stalpii de inalta
tensiune, efectul Joule duce la pierderi de energie electrica .
Insa consecintele pozitive ale efectului Joule sunt in numar mult mai mare decat cele negative. Majoritatea aplicatiilor efectului Joule se refera la aparate de uz casnic, deci la anumite facilitati care confera mai multa usurinta vieţii omului. Astfel, unele dintre cele mai cunoscute aplicatii aleefectului Joule sunt: resoul, fierul de calcat, radiatoarele, fierbatorul electric, masina de spalat, uscatorul de par, bricheta de la automobile si unele instrumente de masura a temperaturii.
Toate aceste aparate functioneaza in urma aparitiei efectului Joule după un principiu relativ simplu: la trecerea curentului, in interiorul fiecarui aparat exista un conductor prin care trece curentul electric. Datorita efectului Joule apare cresterea de temperatura, pe care fiecare aparat o foloseste cu un anumit scop.
RADIATORUL
Aparatele care sunt folosite in general pentru pentru a transfera caldura din sistemul de incalzire catre suprafata care trebiue inacalzita sunt numite in limbajul uzual radiatoare. Radiatoarele obsnuite sunt alcatuite dintr-o serie de placi de fier sau din fire care au o suprafata totala relativ mare.
Folosirea electricitatii pentru incalzire este o practica care devine tot mai frecventa spre sfarsitul secolului xx nu numai in locuinte private ci si in cladiri publice. Incalzirea electrica costa in general mai multdecat energia obtinuta prin arderea combustibililor, dar are avantajul ca este o procedura mai curata si necesita un spatiu mult mai redus pentru a functiona. Elementele de incalzire sau firele pot fi amplasate in interiorul sau pe suprafata peretelui, sub pervazul ferestrelor sau chiar sub podea sau in tavan, in cazul in care este dorita obtinerea unor temperaturi mai reduse. Costurile totale ale inacalzirii electrice pot fi reduse substantialprin folosirea unor dispozitive care transfera caldura dintr-o zona mai calda intr-o zona mai rece prin folosirea energiei mecanice.
Radiatoarele electrice au in componenta o rezistenta electrica, care transforma energia electrica in energie termica. Energia termica este transferata unui agent intermediar, care se prezinta in stare lichida solida sau gazoasa si care se incalzeste, putand fi asftel folosit in scopuri diverse.
Cele mai frecvente exemple de radiatoare sunt: caloriferul electric, radiatorul, aeroterma.
RESOUL
Resoul este un aparat de uz casnic folosit pentru pregatirea hranei sau pentru incalzire. Resoul are in componenta o rezistenta electrica care transforma direct energia electrica in energie termica, fara a folosi un agent intermediar (cum se intampla in cazul radiatoarelor). De fapt, resoul este o forma rudimentara a radiatorului.
AEROTERMA
Aeroterma este un aparat de uz casnic folosita la incalzirea unor spatii reduse. Aeroterma transforma energia electrica in energie termica pe care o transfera aerului. Aerul este incalzit de catre rezistenta si vehiculat de un ventilator. Pe principiul aerotermei functioneaza si uscatotul de par (pheon-ul), care este de fapt o aeroterma in „miniatura”.
FIERUL DE CALCAT
Fierul de calcat este un aparat de uz casnic folosit pentru netezirea imbracamintii din panza. In cazul fierului de calcat curentul electric trece printr-o rezistenta electrica, de diferite forme si dimensiuni. Aceasta rezistenta transforma energia electrica in energie termica si o transfera unei talpi confectionata dintr-un material cu grad de conductibilitate ridicat. Astfel talpa se incalzeste intr-un interval de timp foarte redus.
Temperatura talpii fierului de calcat este controlata de untermostat, prin reglarea caruia se obtin diferie valori ale temperaturii talpii (diferentele de temperatura sunt necesare datorita diferitei temperaturi pe care o pot suporta materialele de confectii). După incalzirea talpii, fierul de calcat este pregatit pentru a putea fi intrebuintat la netezirea hainelor.
MASINA DE SPALAT
Masina de spalat este un aparat de uz casnic folosit la curatarea hainelor. Ea are in componenta o rezistenta electrica comandata de un bloc electronic care transforma energia electrica in energie termica, transferand-o pe aceasta din urma apei folosita in procesul tehnologic de spalat.
In toate aparatele mentionate mai sus, caldura este produsa in urma aparitiei efectului Joule. Deci, chiar daca are si consecinte daunatoare efectul Joule usureaza si confera (in mod indirect) confort vieţii omului.
