Lei de Joule

        Entrando definitivamente de cabeça na eletricidade,vamos conhecer agora um pouco sobre o efeito Joule.

Definição do Efeito Joule

  Quando um condutor é aquecido ao ser percorrido por uma corrente elétrica, ocorre a transformação de energia elétrica em energia térmica. Este fenômeno é conhecido como Efeito Joule, em homenagem ao Físico Britânico James Prescott Joule (1818-1889).

Esse fenômeno ocorre devido o encontro dos elétrons da corrente elétrica com as partículas do condutor. Os elétrons sofrem colisões com átomos do condutor, parte da energia cinética (energia de movimento) do elétron é transferida para o átomo aumentando seu estado de agitação, consequentemente sua temperatura. Assim, a energia elétrica é transformada em energia térmica(calor).

O resistor e o Efeito Joule

O resistor é um dispositivo cujas principais funções são: dificultar a passagem da corrente elétrica e transformar energia elétrica em energia térmica por Efeito Joule. Entendemos a dificuldade que o resistor apresenta à passagem da corrente elétrica como sendo resistência elétrica. O material mais comum na fabricação do resistor é o carbono.

Na grande maioria dos casos observamos a seguinte representação gráfica do resistor:

Calculo da resistência elétrica

Para o resistor é válida a expressão para cálculo da resistência elétrica:

R = U/i

que relaciona a resistência oferecida à passagem da corrente elétrica com tensão e corrente elétrica. Devemos lembrar que a unidade da resistência elétrica é o ohm (Ω) derivada do volt/ampère.

Potência elétrica

Na física, potência pode ser definida como a quantidade de energia liberada em certo intervalo de tempo, ou seja, quanto maior a energia liberada em um menor intervalo de tempo maior será a potência.

Logo, potência pode ser definida como energia por tempo, e, potencia elétrica é energia elétrica por tempo:

P = E_el/Δt

Substituindo E_el por Δq.U, temos:

P = Δq.U / Δt

Mas, sabemos que Δq/Δt define outra grandeza física, a corrente elétrica i= Δq/Δt, sendo assim:

P = U. i

Lei de Joule

Agora que entendendo estes conceitos acima podemos falar da lei de Joule.

Como vimos, o resistor transforma a energia elétrica em energia térmica, ou seja, a potência elétrica consumida por um resistor é dissipada. Essa potência é dada por P = U . i

Pela lei de Ohm (U=R.i), tem-se P = (R.i) . i

logo: P = R.i²

A energia elétrica transformada em energia térmica ao fim de um intervalo de tempo ∆t é dada por:

E_el = P . ∆t

Agora, substituindo a potencia por R.i² temos a equação que representa a lei de Joule

E_el = R . i² . ∆t

Enunciado da Lei de Joule

A energia elétrica dissipada num resistor, num dado intervalo de tempo ∆t, é diretamente proporcional ao quadrado da intensidade de corrente elétrica que o percorre.

A Potência e a lei de Joule

Sendo i = U/R, a potência elétrica dissipada pode, também, ser dada por:

P = U²/R

Quando a ddp é constante, a potência elétrica dissipada num resistor é inversamente proporcional à sua resistência elétrica.

Calculando a Resistência com base na potência

Podemos calcular a resistência elétrica de um resistor através da equação da potência apenas isolando esta incógnita.

R = P/i²
R = P/U²

As unidades de medidas de Energia e Potência

Potencia elétrica é medida em Watts que corresponde à energia (Joule) por tempo (segundos).

W = J/s

Entendendo esta relação podemos dizer que a energia (Joule) é igual a Potencia (Watts) multiplicada pelo tempo (segundos).

J = W.s

Aplicações da lei de Joule: chuveiro elétrico

Dentro do aparelho existe um resistor que está conectado a rede de energia. Quando abrimos a torneira, a água vai se acumulando dentro do chuveiro e, quando esta chega a certo nível, ela empurra um diafragma que serve como “chave” do chuveiro. O diafragma fecha a conexão entre o resistor e a rede de energia elétrica fazendo com que a corrente elétrica atravesse o resistor e o aqueça por efeito joule.