Cuando se produce un cortocircuito, es evidente que hay fuego. ¿Cómo es que la energía eléctrica resulta ser energía térmica? ¿Qué hace que los conductores se calienten cuando hay un cortocircuito?
Cuando ocurre un cortocircuito, siempre que la impedancia de la fuente sea nula, la impedancia solo está determinada por cables y es extremadamente baja (digamos resistencia ).
Por lo tanto, según la ley de Ohm, si no hay limitación de corriente, la corriente consumida es alta (por ejemplo, con , ). En esta situación, el efecto Joule es predominante y se sigue .
También sucede si un tiempo muy corto ( ): por lo tanto, puede verse como una transformación adiabática. Esta condición conduce a una gran diferencia de temperatura ( ): las heridas de cobre se derretirán casi instantáneamente y podrían vaporizarse, incendiando todo a su alrededor.
Es por esto que los interruptores automáticos tienen una seguridad magnética: cortan el circuito antes de que la corriente alcance valores altos y destruyen los conductores (son protecciones de instalaciones, no están diseñadas para proteger a las personas. Solo la Protección de Corriente Residual con valor bajo puede hacerlo).
Los valores dados son de orden de magnitud, para determinarlos con precisión necesitará modelos (o ábacos) que dependen de muchos factores (fuente de voltaje, impedancia de la fuente, sección y longitud de los cables, coeficiente de transferencia de calor, etc.).
Me gustaría señalar que, salvo en las películas, no se da el caso de que "cuando se produce un cortocircuito es evidente que hay fuego" .
Ahora bien, es cierto que, para la mayoría, "cortocircuito" evoca una imagen de chispas y fuego, pero, de hecho, la mayoría de los cortocircuitos simplemente resultan en un dispositivo que funciona mal, no en chispas y fuego.
Una noción práctica de "cortocircuito", en este contexto, es una ruta de baja resistencia no deseada para la corriente eléctrica . Esta ruta de baja resistencia puede (pero no necesariamente) dar como resultado una corriente mucho mayor a través de los conductores conectados y otros elementos del circuito.
Entonces, ¿qué necesitamos, además de esta ruta de baja resistencia involuntaria, para un incendio?
Esencialmente, necesitamos una fuente eléctrica que pueda entregar suficiente energía, antes de que cualquier elemento de protección abra el circuito, para causar un sobrecalentamiento suficiente en el circuito y/o fuente adjuntos para iniciar un incendio.
La calefacción es sencilla de explicar. Los conductores en el circuito tienen una resistencia distinta de cero. La corriente eléctrica a través de una resistencia genera calor proporcional al cuadrado de la corriente
dónde es el poder, es la corriente a través de y es la resistencia. Esta es la razón por la que, por ejemplo, podemos producir calor con elementos calefactores eléctricos como los que se utilizan, por ejemplo, en hornos eléctricos.
Además, la fuente eléctrica tiene una resistencia interna , lo que significa que la fuente generará calor cuando pase corriente.
En cuanto a por qué la corriente a través de una resistencia produce calor, citaré el artículo de Wikipedia " calentamiento Joule ":
El calentamiento Joule es causado por interacciones entre las partículas en movimiento que forman la corriente (generalmente, pero no siempre, electrones) y los iones atómicos que forman el cuerpo del conductor. Las partículas cargadas en un circuito eléctrico son aceleradas por un campo eléctrico pero ceden parte de su energía cinética cada vez que chocan con un ion. El aumento de la energía cinética o vibratoria de los iones se manifiesta como calor y aumento de la temperatura del conductor.
Además del calentamiento Joule ya mencionado, algunos tipos de cortocircuitos son inestables, especialmente cuando están bajo alta tensión: los conductores pueden tocarse entre sí, producir una chispa, que luego les daría un impulso de onda de presión de aire de ruptura del circuito, luego vuelven a tocarse, generando otra chispa, y así sucesivamente.
Además, la chispa puede convertirse en un arco. Todo esto debería convertirlo en una fuente obvia de ignición.
A nivel mecánico, se trata de colisiones (de electrones con el material a granel) que transfieren energía de una corriente eléctrica al calor del cuerpo del dispositivo.
En términos más abstractos, en casi todos los procesos la energía termina en forma de calor porque tiene la entropía más baja de cualquiera de las otras formas de energía disponibles, es la menos organizada.