Lei de Joule

A energia se apresenta sob as mais variadas formas, tais

como: energia elétrica, energia térmica, energia mecânica, energia

luminosa, etc. Estas formas de energia podem sofrer transformações,

passando de uma para outra; por exemplo, podese

transformar a energia elétrica em energia térmica.

Quando a corrente elétrica passa através de um condutor

ou resistor, encontra uma resistência elétrica, ocorrendo

então o aquecimento do fio. Houve, portanto, uma transformação

de energia elétrica em energia térmica, a esse fenômeno

denominamos Efeito Joule.

O efeito Joule pode ser entendido como o choque de

elétrons livres contra os átomos do condutor. Com o choque,

os elétrons transformam parte da energia elétrica que recebem

do gerador e esta energia transferida e transformada em

calor. Por sua vez, este calor determina a elevação da temperatura

do condutor.

Enunciado da Lei de Joule:

“ A energia térmica ou quantidade de calor desenvolvida

pela passagem da corrente elétrica por um

condutor ou resistor é diretamente proporcional ao

quadrado da corrente elétrica, à resistência do resistor

ou condutor e ao tempo durante o qual se efetua a

transformação de energia.”

Q = 0,24 x I2 x R x t onde

Q - quantidade de calor em calorias (cal)

0,24 - equivalente térmico de calor (1J = 0,24 cal)

R - resistência (W)

I - corrente elétrica (A)

t - tempo (s)

O efeito Joule ocorre sempre, pois todos os dispositivos

possuem resistência elétrica, porém nem sempre interessa a

transformação de energia elétrica em calor, como por exemplo,

o caso de um motor elétrico. Neste, a intenção é a transformação

de energia elétrica em energia mecânica, mas nem

toda energia é assim transformada, pois uma parcela se transforma

em calor devido à resistência elétrica dos fios que constituem

os enrolamentos do motor.

Como essa energia não é desejada, dizemos que a

mesma se constitui numa energia perdida ou dissipada, pois

o calor é trocado com o meio ambiente.

A transformação da energia elétrica em térmica aparece

sob duas formas: aproveitamento Joule e perdas Joule.

O aproveitamento Joule se dá nos resistores (estufas,

ferros de soldar, etc.), onde se deseja obter aquecimento através

da corrente elétrica.

Nos condutores a transformação de energia elétrica em

térmica é um inconveniente, pois ela não é desejada.

A perda Joule é expressa em watts pela seguinte fórmula:

P = I2 x R, onde

P - potência dissipada ou perdida (W)

I - corrente elétrica (A)

R - resistência elétrica (W)

  APLICAÇÕES DO EFEITO JOULE:

O efeito Joule embora seja prejudicial as máquinas elétricas

e nas linhas de transmissão, pois representa uma perda

de energia elétrica, é por sua vez muito útil. Isso ocorre, por

exemplo, nos aquecedores elétricos em geral: ferro elétrico,

chuveiro, etc., nos fusíveis e nas lâmpadas de incandescência.

a) As lâmpadas incandescentes criadas no século passado

pelo inventor Thomas Edison, constituem também

uma aplicação do efeito Joule. Os filamentos destas

lâmpadas são geralmente feitos de tungstênio, que é

um metal cujo ponto de fusão é muito elevado. Assim,

estes filamentos, ao serem percorridos por uma corrente

elétrica, se aquecem e podem alcançar altas temperaturas

tornando-se incandescentes e emitindo grande

quantidade de luz.

b) Outra aplicação do efeito Joule é encontrada na construção

de fusíveis, que são dispositivos usados para

limitar a corrente que passa em um circuito elétrico

como , por exemplo, em um automóvel, em uma residência,

em um aparelho elétrico, etc.. Este dispositivo

é constituído por um filamento metálico, geralmente de

chumbo, que tem baixo ponto de fusão. Desta maneira,

quando a corrente que passa no fusível ultrapassa

um certo valor (próprio de cada valor), o calor gerado

pelo efeito Joule provoca a fusão do filamento, interrompendo

a passagem da corrente.

c) Atualmente, os fusíveis nas residências são substituídos

por disjuntores, o qual também possui o seu funcionamento

baseado no efeito Joule. Nestes componentes,

o aquecimento de um dispositivo bimetálico provoca

a sua dilatação, fazendo com que o disjuntor desligue,

protegendo o circuito.