Lei de Joule

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Lei de Joule (também conhecida como efeito Joule) é uma lei física que expressa a relação entre o calor gerado e a corrente elétrica que percorre um condutor em determinado tempo. O nome é devido a James Prescott Joule que estudou o fenômeno em 1840.

[editar] Definição

Ela pode ser expressa por:

$Q = I^2 \cdot R \cdot t$

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:

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

[editar] Termodinâmica

Quando uma corrente eléctrica 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.

[editar] Unidade joule

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:

$W = Q \cdot V$

onde:

W é o trabalho eléctrico (em joule).
Q é a carga (em coulomb).
V é a diferença de potencial (em volt).

[editar] Teoria cinética

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

[editar] Potência dissipada

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

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

[editar] Aplicações

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 nas urbanas 110V. A maior tensão permite que a corrente seja menor (para uma mesma potência , P = V.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 fuzíveis é a lei de joule (juntamente com outras de transferência de calor) que permite calcular as dimensões adequadas para o correto funcionamento destes dispositivos.