Lei de Joule

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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]

Definição[editar | editar código-fonte]

Ela pode ser expressa por:[1]

Q = I^2 \cdot R  \cdot t

onde:

Se a corrente não for constante em relação ao tempo:

 Q = R \int_{t_1}^{t_2} i^2 dt \,

Termodinâmica[editar | editar código-fonte]

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:
\ 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.

Lei de Joule quando passa uma corrente elétrica num condutor, a energia elétrica é transformada em energia calorífera.

Potência dissipada[editar | editar código-fonte]

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

P = Q/t = I^2 \cdot R

Aplicações[editar | editar código-fonte]

  • 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 , 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).

Referências

  1. a b Cavalcante, Kleber G. Lei de Joule Terra. Mundo Educação. Página visitada em 11 de outubro de 2013.
  2. Vaz Guedes, Manuel. A Lei de Joule (PDF) (em português) Universidade do Porto. Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto. Página visitada em 11 de outubro de 2013.
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