Încălzirea unui conductor la trecerea curentului electric deconducţie – Efectul Joule-Lentz

Efectul termic (denumit și efect Joule-Lenz) este reprezentat de disiparea căldurii într-un conductor traversat de un curent electric. Aceasta se datorează interacțiunii particulelor curentului (de regulă electroni) cu atomii conductorului, interacțiuni prin care primele le cedează ultimilor din energia lor cinetică, contribuind la mărirea agitației termice în masa conductorului.Radiatoarele electrice, cuptoarele incalzite electric, sudarea cu arc electric functioneaza pe baza Efectului Joule Lentz. Arcul electric este un curent electric de mare intensitate. La separarea sub sarcină electrică a două piese metalice în contact, densitatea de curent crește foarte mult datorită micșorării zonelor de contact, pe măsura depărtării pieselor și datorită tensiunii electromotoare (t.e.m.) de autoinducție care ia naștere la întreruperea curentului.

Toate efectele curentului electric constau in transformarea energiei electrice intr-o alta forma de energie, in cazul efectului Joule energia electrica transformandu-se in energia termica. De aceea este simplu de inteles de ce vom cauta cauza acestui efect studiind modul in care se consuma energia campului electric atunci cand este realizata o miscare ordonata de sarcina electrica intr-un mediu conductor. miscarea ordonata a purtatorii de sarcina intr-un conductor este caracterizata printr-o viteza medie (viteza de drift), ce se mentine constanta in cazul unui curent electric continuu. Stabilirea, practic instantanee, a curentului electric la inchiderea unui circuit este datorata campului electric, a carui viteza de propagare este de ordinul vitezei luminii, mult mai mare decat viteza miscarii de drift a purtatorilor liberi din conductor. Pentru intretinerea miscarii ordonate a acestora, se consuma energie. Lucrul mecanic efectuat de fortele campului la deplasarea unei sarcini Q intre doua puncte A si B, cu potentiale VA, respectiv VB, are expresia:

QU)VV(QL BA

Utilizand definitia intensitatii curentului electric, energia consumata pentru transportul sarcinii electrice (care va fi notata in acest context cu W, pentru a nu fi confundata cu t.e.m. a unei surse) poate fi scrisa sub forma:

W =UIDt

Aceasta energie este transferata ionilor retelei, prin ciocnirile care au loc in interiorul conductorului. Astfel se intensifica miscarea termica, ceea ce va determina cresterea temperaturii acelui conductor, energia electrica consumata fiind transformata ireversibil in caldura.