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Lei de Joule

EFEITO DE JOULE e LEI DE JOULE


Um dos efeitos da passagem da corrente eléctrica num condutor é o aquecimento desse condutor.
Este fenómeno é conhecido por efeito Joule.
O efeito Joule traduz-se numa perda de energia nos condutores, quando a finalidade do
circuito não é o aquecimento.
Estas perdas designam-se por perdas de Joule.
Podemos observar o efeito de Joule através deste filme:



Temos também esta animação/aplicação onde, fechando o interruptor, vemos o efeito de joule
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E nesta temos uma experiência que podemos fazer no laboratório

A Lei de Joule pode enunciar-se da seguinte forma:
A energia eléctrica transformada em energia calorífica num circuito eléctrico de um receptor, é directamente proporcional à resistência deste, ao quadrado da intensidade da corrente
que o percorre e ao tempo da passagem desta.
Traduzindo a lei para uma expressão matemática

W = R x I2x t
Com W (energia) em Joules (j)

R (resistência eléctrica) em Ohms (Ω)

I (intensidade de corrente eléctrica) em Amperes (A)

T (tempo) em segundos (s)

Vejamos como funciona

2.1 Potência dissipada numa resistência

Neste applet pode:
– movimentar o ponto Vcc Isto equivale a rodar o botão de ajuste da tensão da fonte
– variar o valor da resistência R1, variando a inclinação da recta.
Os valores de tensão e corrente estão apresentados em módulo.

esquema lei de joule

Por favor habilite Java para uma construção interactiva (com
Cinderella).


Criado com Cinderella

Se não consegue ver esta animação/aplicação, clique aqui.
1. Exercício:
1.1 Mantendo constante o valor de R1, aumente o valor da tensão aplicada da fonte (Vcc). Que acontece ao valor da corrente I e P? .
Note que o valor de P = V.I , pode ser simulado pelo valor da área assinalada a laranja.
Mantendo constante o valor de Vcc, aumente o valor da resistência R1. Que acontece ao valor de I e P?

A unidade de energia é o Joule (símbolo J) mas para a energia calorífica utiliza-se frequentemente uma unidade mais prática que é a caloria (cal) e que vale 4,18 Joules pelo que, 1 joule equivalerá a 0,24 calorias:
1 cal = 4,18 J
1 J =1 / 4,18 = 0,24 cal

É o calor ou melhor, a quantidade de calor, que se desenvolve quando uma corrente percorre um condutor, fenómeno traduzido pela lei de Joule, que é a responsável por muitos incêndios que têm origem eléctrica.
O aquecimento dos condutores quando são percorridos por corrente eléctrica eleva a sua temperatura que pode ultrapassar o valor máximo suportado pelos isolamentos envelhecendo-os prematuramente e chegando mesmo a fundi-los.
Assim, para cada tipo de cabo e para cada secção dos condutores, há limites máximos da intensidade da corrente que os pode percorrer de forma permanente, sem perigo de aquecimento excessivo.
O quadro seguinte mostra esses valores para condutores isolados a PVC e para uma temperatura ambiente de 20ºC.
Quadro limite de correntes em condutores de determinada secção
Quadro 2 – Intensidade máxima das correntes admissíveis
O efeito Joule tem grandes inconvenientes e é responsável por alguns desastres. No entanto também tem aplicações práticas úteis (em aparelhos electrodomésticos, por exemplo fogões, secadores, fritadeiras, irradiadores) e até aplicáveis na segurança de pessoas e bens contra riscos eléctricos, como é o caso dos corta-circuitos fusíveis ou simplesmente fusíveis como vulgarmente se designam.
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