efecto Joule Thomson ensayo trabaho 3 PDF

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describe el efecto joule y su aplicacion en diferentes campos...

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Nombre del estudiante: Jefferson Faconda

1. Describa el efecto Joule El efecto Joule es un fenómeno por el que los electrones en movimiento de una corriente eléctrica impactan contra el material a través del cual están siendo conducidos. La energía cinética que tienen los electrones se convierte entonces en energía térmica, calentando el material por el que circulan. El aumento de esta temperatura tiene distintas aplicaciones, entre ellas el uso en sistemas de calefacción de distintos tipos. James Prescott Joule descubrió en 1841 que cuando una corriente eléctrica fluye por un sólido o líquido con una cierta conductividad, la energía eléctrica se convierte en calor a través de las pérdidas resistivas de forma irreversible. Los electrones que colisionan, tal y como se ha explicado, con los átomos del material conductor, causando que el calentamiento de éste. [1]

2. Describa el efecto Seebeck El resultado de generar tensión entre 2 uniones metálicas mantenidas a temperaturas diferentes se conoce como “Efecto de Seebeck”. La cantidad de electricidad producida dependerá de los dos metales elegidos y también de la diferencia de temperatura entre la unión de ambos y los extremos libres. Incluso en el mejor de los casos, la cantidad de electricidad será bastante modesta, sin embargo, estos termopares pueden ser verdaderamente pequeños, por lo que, en poco espacio se pueden disponer muchas de ellas en serie (sumamos tensiones), o en paralelo (sumamos intensidad), o mezcla de ambos (serie y paralelo). De este modo, la cantidad de electricidad generada puede ser significativa. [2]

Fig1. el efecto Seebeck [2]

3. Describa el efecto Peltier El efecto peltier consiste en lo siguiente: Cuando se hace pasar una corriente por un circuito compuesto de materiales diferentes cuyas uniones están a la misma temperatura, se produce el efecto inverso al Seebeck. En este caso, se absorbe calor en una unión y se desprende en la otra. La parte que se enfría suele estar cerca de los 25º C, mientras que la parte que absorbe calor puede alcanzar rápidamente los 80º C. Lo que lo hace aún más interesantes es el hecho de que, al invertir la polaridad de alimentación, se invierta también su funcionamiento; es decir: la superficie que antes generaba frío empieza a generar calor, y la que generaba calor empieza a generar frío. [3]

Fig2. el efecto Peltier [3]

4. Describa el efecto Thomson El efecto Thomson fue predicho y luego observado experimentalmente por William Thomson (Lord Kelvin) en 1851. Describe el calentamiento o enfriamiento de un conductor portador de corriente con un gradiente de temperatura. Algún conductor portador de corriente (excepto para superconductor), con una diferencia de temperatura en dos puntos, o bien absorberá o emitirá calor, según el material. En metales como zinc y cobre, que tienen un extremo caliente a mayor potencial y un extremo frío a menor potencial, cuando la corriente se mueve de un extremo caliente al extremo frío, se mueve de un alto a un bajo potencial, hay una producción de calor. A esto se le llama EFECTO THOMSON POSITIVO. Por el contrario, en metales como cobalto, níquel y hierro, que tienen un extremo frío a mayor potencial y un extremo caliente a menor potencial, cuando la corriente se mueve de un bajo a un alto potencial, hay una absorción de calor. A esto se le conoce como EFECTO THOMSON NEGATIVO. [4]

5. Detalle una tecnología o sistema que utilice el efecto Joule (explique su funcionamiento) El efecto Joule en calefacción El Efecto Joule tiene diversas aplicaciones en calefacción, conocidos todos ellos como sistemas de calefacción eléctricos. A pesar de que todos los sistemas funcionan mediante el mismo principio, hay notables diferencias con respecto a la forma en la que se difunde el calor. De hecho, los sistemas existentes de calefacción se pueden dividir en sistemas de convección y sistemas de radiación. [1] Sistemas de Convección. - La convección se basa en el calentamiento del aire de una estancia. Este aire cambiará de densidad, ascendiendo y haciendo a su vez descender el aire más frío, que se calentará a su vez al descender. De esta forma se crea un ciclo que acaba conllevando una climatización de la estancia. [1] Sistemas de radiación. - Estos sistemas de emisión de calor calientan mediante radiación electromagnética los objetos que se encuentran cerca de las fuentes de emisión. La ventaja de estos sistemas es que no consumen una gran cantidad de energía, pero si no nos colocamos en la trayectoria del calor irradiado es posible que nuestra sensación térmica sea de frío, ya que no calientan la estancia igual de bien que los sistemas eficientes de convección. A este tipo de estufas que se iluminan con una luz rojiza se la llama también calefacción infrarroja de onda corta. Existe también una calefacción infrarroja de onda larga, que difunde el calor de una forma menos directa. [1]

6. Detalle una tecnología o sistema que utilice el efecto Seebeck (explique su funcionamiento) Ya es posible cargar el móvil con el calor corporal El Power Pocket es un prototipo de tecnología que básicamente explora cómo obtener electricidad a partir del calor corporal. Más concretamente aprovechando el efecto Seebeck por el cual la transferencia de temperatura de un material semiconductor más caliente a uno más frío provoca una corriente eléctrica. [5] Seebeck descubrió que la aguja de una brújula se desviaba cuando se formaba un circuito cerrado de dos metales unidos en dos lugares con una diferencia de temperatura entre las uniones. Esto se debe a que los metales responden diferentemente a la diferencia de temperatura, creando una corriente de circuito, que produce un campo magnético. Seebeck, aun así, en ese momento no reconoció allí una corriente eléctrica implicada, así que llamó al fenómeno el efecto termomagnético, pensando que los dos metales quedaban magnéticamente polarizados por el gradiente de temperatura. El físico Danés Hans Christian Ørsted jugó un papel vital en la explicación y concepción del término “termoelectricidad”. [5]

7. Detalle una tecnología o sistema que utilice el efecto Peltier (explique su funcionamiento) Refrigerador Peltier o refrigerador termoeléctrico Consiga enfriar algo simplemente con una corriente eléctrica. Los dos conductores pueden ser dos metales, o dos semiconductores (uno de tipo n y otro de tipo p). A diferencia de la refrigeración en una nevera, no hay partes móviles, no hay líquido refrigerante, no hay bombas. Ésa es la ventaja fundamental de un refrigerador Peltier. Pero, como bien sabes, nuestras neveras no suelen usar este efecto. La razón, por supuesto, es que es de una eficiencia minúscula. Para empezar, la diferencia de energía de los electrones entre los dos conductores (sean cuales sean) no es muy grande, de modo que hace falta una enorme cantidad de electrones recorriendo el circuito para que se note una diferencia de temperatura apreciable: es decir, hace falta una gran intensidad de corriente…y, como probablemente sabes, eso calienta el circuito (tanto uno como otro conductor) por el efecto Joule, lo cual hace que la parte fría ya no esté tan fría. Además, hace falta disipar el calor desprendido por la parte caliente del circuito (por ejemplo, con ventiladores o con refrigeración por agua), lo cual también utiliza energía. [6]

Fig3. el efecto Peltier [6]

8. Detalle una tecnología o sistema que utilice el efecto Thomson (explique su funcionamiento) ¿Qué es el efecto Thomson y por qué no lo usan Intel, AMD y NVIDIA? La industria de PC siempre está intentando buscar nuevas metas para mejorar rendimiento, temperatura o consumo. En la termodinámica básica hay una serie de efectos que podrían ayudar con esto, pero tienen una serie de limitaciones que de momento no han sido resueltas, pero que podrían estar en estudio. Una de ellas es el llamado efecto Thomson, muy conocido y que tiene grandes aplicaciones en PC. Este efecto se basa en un material conductor de corriente como base, que se calienta o enfría mediante el paso de la misma con un gradiente de temperatura, es decir, el efecto intenta explicar como un material conductor de la corriente se puede calentar o enfriar con el paso de la misma entre dos puntos. El positivo se basa en mover la corriente del extremo caliente al frío, es decir, se mueve de un alto potencial a uno bajo y con ello se produce calor. El efecto negativo es justo, al contrario, tenemos un extremo frío y otro caliente con menor potencial, donde la corriente se moverá del bajo potencial al alto y con ello se absorbe calor. Al igual que se les da corriente a los ventiladores de los disipadores de CPU y GPU, la lógica nos indica que podríamos potenciar el efecto Thomson negativo aplicando energía a un material como el níquel o el cobre donde el extremo frío (cold plate) sea el de mayor potencial, y así al colocarlo junto con un die o IHS lograría absorber más calor del chip. [7]

9. Bibliografía [1] Caloryfrio. ¿Qué es el Efecto Joule? Aplicaciones para calefacción. https://www.caloryfrio.com/calefaccion/que-es-el-efecto-joule-aplicaciones-para-calefaccion.html [2] Feriadelasciencias. Efecto Seebeck & Peltier. https://feriadelasciencias.unam.mx/anteriores/feria21/feria382_01_efecto_seebec_y_peltier.pdf

Recuperado

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[3] Wilfredo Blancarte Lizárraga. EFECTO PELTIER. Recuperado de: http://descargas.cetronic.es/EstudioPeltier.pdf [4] Artículos. EL EFECTO TERMOELÉCTRICO. Recuperado de: https://www.equiposylaboratorio.com/portal/articuloampliado/el-efecto-termoelEctrico [5] Soloelectronicos. EFECTO SEEBECK. Recuperado de: https://soloelectronicos.com/tag/efecto-seebeck/ [6] Eltamiz. ¿Qué es el Efecto Peltier?. Recuperado de: https://eltamiz.com/2007/08/30/%C2%BFque-es-el-efecto-peltier/ [7] Hardzone. ¿Qué es el efecto Thomson y por qué no lo usan Intel, AMD y NVIDIA?. Recuperado de: https://hardzone.es/reportajes/que-es/efecto-thomson-pc/...