LEI DE JOULE

Lei de Joule (também conhecida como efeito Joule ou efeito térmico) é uma lei física que expressa a relação entre o calor gerado e a corrente elétrica que percorre um condutor em determinado tempo. Um resistor é um dispositivo que transforma a energia elétrica integralmente em calor.^[1] O nome é devido a James Prescott Joule (1818-1889) que estudou o fenômeno em 1840 e, um ano mais tarde, publicada na Philosophical Magazine, pela Royal Society.^[2]

Índice

  [esconder] 

• 1Definição
• 2Termodinâmica
  • 2.1Unidade joule
• 3Teoria cinética
  • 3.1Efeito de Joule
• 4Vantagens e inconvenientes
  • 4.1Vantagens
  • 4.2Incovenientes
• 5Potência dissipada
• 6Aplicações
• 7Ver também
• 8Referências

Definição[editar | editar código-fonte]

Ela pode ser expressa por:^[1]

${\displaystyle Q=I^{2}\cdot R\cdot t}$

onde:

• Q é o calor gerado por uma corrente constante percorrendo uma determinada resistência elétrica por determinado tempo.
• I é a corrente elétrica que percorre o condutor com determinada resistência R.
• R é a resistência elétrica do condutor.
• t é a duração ou espaço de tempo em que a corrente elétrica percorreu ao condutor.

Se a corrente não for constante em relação ao tempo:

${\displaystyle Q=R\int _{t_{1}}^{t_{2}}i^{2}dt\,}$

Termodinâmica[editar | editar código-fonte]

Ver artigo principal: Termodinâmica

Quando uma corrente elétrica atravessa um material condutor, há produção de calor. Essa produção de calor é devida ao trabalho realizado para transportar as cargas através do material em determinado tempo.

Unidade joule[editar | editar código-fonte]

A lei de Joule está relacionada com a definição de joule onde:

• Um joule é o trabalho realizado para transportar um coulomb (unidade de medida da carga elétrica) de um ponto para outro, estando os dois pontos a uma diferença de potencial de um volt (unidade de medida da diferença de potencial).
• O trabalho é dado por:

${\displaystyle \ W=Q.U}$

Onde:

• W é o trabalho elétrico (em joule).
• Q é a carga (em coulomb).
• U é a diferença de potencial (em volt).

Teoria cinética[editar | editar código-fonte]

A nível molecular o aquecimento acontece por causa da colisão dos elétrons com os átomos do condutor, em que o momento é transferido ao átomo, aumentando a sua energia cinética (ver calor).

Podemos dizer, portanto, que, quando o elétron colide com os átomos, fazem com que os núcleos vibrem com maior intensidade. O grau de agitação molecular é chamado de temperatura, ou seja, quando os elétrons colidem, aumentam a energia cinética dos átomos, sua temperatura.

Efeito de Joule[editar | editar código-fonte]

A passagem da corrente elétrica num condutor provoca o aumento de temperatura liberando calor.^[3] A energia elétrica que se transforma em energia calorífica num receptor ou condutor, é diretamente proporcional à resistência elétrica, ao quadrado da intensidade da corrente que o percorre e ao tempo de passagem da corrente. Esta lei é traduzida matematicamente pela seguinte expressão^[3]:

${\displaystyle W=R\cdot I^{2}\cdot t}$

Em que:

• W - é o trabalho ou a energia dissipada por efeito joule (em joules).
• R - é a resistência elétrica (em ohms).
• I - é a intensidade de corrente que percorre o receptor ou condutor (em ampères).
• t - o tempo de passagem da mesma corrente (em segundos).

Vantagens e inconvenientes[editar | editar código-fonte]

Vantagens[editar | editar código-fonte]

A corrente elétrica ao atravessar um condutor, provoca nele um aumento de temperatura. Este efeito é aproveitado em ferros de passar, aquecedores, soldadores elétricos, secador de mãos, fogões, fornos, iluminação, proteção de instalações elétricas (fusíveis e disjuntores), etc.^[3]

Incovenientes[editar | editar código-fonte]

Em grande parte de aplicações da energia elétrica, a produção de calor correspondente a perdas e em algumas situações pode originar danos mais ou menos graves, nomeadamente quando se verifica um curto-circuito ou maus contatos. Daí há necessidade de utilizar condutores devidamente calibrados para a corrente que vão suportar, bem como prever as proteções e isolamentos convenientes.^[4]

Potência dissipada[editar | editar código-fonte]

Nos resistores elétricos pode-se calcular a potência dissipada utilizando a Lei de Joule:

${\displaystyle P=Q/t=I^{2}\cdot R}$

Aplicações[editar | editar código-fonte]

• Nas diferentes tensões no transporte da energia elétrica.

É, principalmente, por causa do efeito Joule que a energia elétrica é transportada em longas distâncias em tensões mais altas (geralmente 13.200 V) e também a tensão das zonas rurais é 220V e 440V e nas urbanas 220V e 380V. A maior tensão permite que a corrente seja menor (para uma mesma potência , ${\displaystyle P=U\cdot I}$ ) e assim menos energia desperdiçada no efeito Joule (o outro motivo é o uso de cabos mais finos em secção reta com a economia do material condutor e estrutura de sustentação).

• Em aquecedores, lâmpadas e fusíveis é a lei de joule (juntamente com outras de transferência de calor) que permite calcular as dimensões adequadas para o correto funcionamento destes dispositivos.
• O efeito Joule é o princípio da soldagem por resistência, que aquece um ponto entre duas chapas até o ponto de fusão dos metais através de uma corrente elétrica.

Ver também[editar | editar código-fonte]

• Efeito Peltier
• Efeito Seebeck
• Termopar
• Força eletromotriz de Thomson

Referências

1. ↑ ^{Ir para:a b} Cavalcante, Kleber G. «Lei de Joule». Terra. Mundo Educação. Consultado em 11 de outubro de 2013.
2. Ir para cima↑ Vaz Guedes, Manuel. «A Lei de Joule» (PDF). Universidade do Porto. Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto. Consultado em 11 de outubro de 2013.
3. ↑ ^{Ir para:a b c} Roldan, J. «Efeito Joule». Eletricidade Eletrônica (Lisboa: Plátano Editora).
4. Ir para cima↑ Matias, J.V.C. Tecnologias de Eletricidade. 10° Ano (Lisboa: Didática Editora).

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