¿Por qué la ‘resistencia’ en los materiales conductores causa la generación de calor?

Gracias por el A2A. Me he dado cuenta de que otras personas también han respondido a la pregunta que explica sobre la física de la misma. Mi respuesta sería la misma que la razón se debe al calentamiento Joule o al calentamiento Ohmic. Sin embargo, trataría de explicarlo de una manera más simple para una fácil comprensión.

El flujo de electrones en un conductor se puede imaginar al flujo de agua dentro de una tubería. Debido al flujo de agua dentro de la tubería, tenemos una resistencia en las paredes y también debido a algunos obstáculos presentes en el camino del flujo de agua. Del mismo modo, en el caso de los conductores, los electrones fluyen a través del conductor debido a la diferencia de potencial en ambos extremos del conductor por la colisión de electrones con los átomos del conductor que ofrece cierta resistencia ya que los electrones se fijan al átomo dependiendo de factores como la longitud y el área de sección transversal del cable y también debido al material del que está compuesto el conductor. Entonces, la resistencia viene dada por R = ρ * L / A

L- Longitud del cable

A- área de sección transversal del cable

ρ- Resistividad del conductor

A mayor longitud, mayor resistencia y mayor área de sección transversal, menor resistencia y también el grado de resistencia ofrecido cambios según el material.

Volviendo a su pregunta, parte de la energía eléctrica se pierde debido a esta resistencia ofrecida por varios parámetros y esta energía debe convertirse en alguna otra forma de energía. Como la energía se pierde debido a la fricción, se convierte naturalmente en energía térmica. Entonces, la resistencia causa la generación de calor, pero este calor se disipa y no causa ninguna resistencia adicional, no es un circuito de retroalimentación. Mientras haya resistencia, habrá generación de calor y habrá pérdida de energía como calor.

Espero que mi respuesta ayude!

Es una cuestión de conservación de la energía. La energía eléctrica perdida por la resistencia óhmica se convierte en calor. La cantidad de calor generado debe ser igual a la cantidad de energía eléctrica perdida.

Físicamente, la energía eléctrica que se disipa es utilizada por el material resistivo para agitar sus átomos, y esta agitación es lo que percibimos como calor.

Uno puede preguntarse por qué la energía eléctrica perdida se calienta en lugar de otra forma de energía. ¡Buena pregunta! En una bombilla incandescente, parte de la energía pasa a la luz (un tipo de energía electromagnética); En un motor eléctrico, parte de la energía se convierte en energía mecánica. Pero en una resistencia simple, es pura generación de calor.

Lo que causa la generación de calor es correr una corriente a través del material. De acuerdo con la ley de Ohm – Wikipedia, que es correcta a temperatura ambiente para la mayoría de los propósitos, el calor generado en alguna pieza de metal es igual a I ^ 2R, donde I es la corriente que atraviesa la pieza de metal, y R es la resistencia eléctrica .

Si conduce una corriente alta a través de esta pieza de metal, entonces el calor que se genera causará un aumento significativo en la temperatura del metal. En estas condiciones, necesita saber cómo cambian I y R con la temperatura, para saber qué sucederá. Por ejemplo, en un fusible (Ver; Fusible (eléctrico) – Wikipedia), si excede la corriente nominal, el fusible se calentará lo suficiente como para derretirse.

En física clásica, la resistencia en un conductor puede explicarse con el modelo Drude, Wikipedia, que de alguna manera considera el desplazamiento de electrones como el de un gas de electrones que se mueve a través de una red de átomos de metal.

La resistencia depende de la interacción (colisión) entre los electrones en movimiento y los átomos vibrantes que disipan la energía cinética de los electrones movidos por el campo eléctrico, aumentando así la oscilación térmica de los átomos.

Entonces, ambos fenómenos (resistencia y generación de calor) son caras diferentes de la misma interacción: los electrones chocan con los átomos vibrantes que los calientan (la temperatura aumenta) y la mayor oscilación térmica de los átomos aumenta la resistencia: siendo más amplia la amplitud de oscilación de los átomos, La probabilidad de colisión con electrones aumenta.

Esto explica también por qué en los conductores metálicos, la resistividad aumenta con la temperatura.

Microscópicamente, el “calor” en un sólido (principalmente) corresponde a cuantos adicionales de vibración de red atómica.

La resistencia es causada por la dispersión electrónica de impurezas y defectos en el sólido y también por desviaciones de la periodicidad perfecta del cristal debido a las vibraciones térmicas de los átomos (un electrón que se mueve a través de un cristal perfecto no se dispersaría; la dispersión electrón-electrón contribuye menos a la resistividad en temperatura ambiente).

Cada proceso de dispersión implica un intercambio de energía y / o momento entre electrones y algún otro subsistema, que generalmente es la red atómica, y poner energía en la red atómica corresponde a calentarlo.

La resistencia es una cualidad disipativa; siempre produce calor. De hecho, casi todos los mecanismos que resultan en el uso de energía finalmente resultan en calor.