Trabalho realizado pela corrente eléctrica: Lei de Joule/Lenz

Quando um condutor é percorrido por uma corrente eléctrica, ocorre a transformação de energia eléctrica em energia térmica, facto perceptível pelo aquecimento do condutor. Este fenómeno é conhecido como Efeito Joule, em homenagem ao físico britânico James Prescott Joule (1818-1889).

Os portadores de carga eléctrica ao atravessarem o condutor, sofrerão choques (interacções) com as outras partículas do próprio condutor. Por causa desses choques, parte da energia eléctrica associada aos portadores transfere-se para as partículas do meio condutor, as quais passam a vibrar mais intensamente — o que caracteriza, em parte, o aquecimento do condutor. As observações que demonstram este fenómeno são numerosas, por exemplo:

E X P E R I Ê N C I A

Verificação experimental do Efeito Joule/Lenz

Objectivo: Comprovar o aquecimento de um condutor percorrido por uma corrente eléctrica.

Material

• 3 ou 4 pilhas de 1,5 V cada
• Fios condutores de ligação
• Um interruptor
• Palha-de-aço fina e bem seca.

Procedimentos

1. Coloque as três pilhas em série e ligue uma extremidade de cada fio nas extremidades da série de pilhas.
2. Coloque palha-de-aço num local onde não possa ocorrer a propagação de chamas (superfície não inflamável).
3. Ligue as duas extremidades dos fios na palha-de-aço. Feche o circuito, estabelecendo nele uma corrente eléctrica.

A corrente eléctrica aquece os fios da palha-de-aço por Efeito Joule. Os fios por serem muito finos, tornam-se incandescentes e pegam fogo.

Lei de Joule/Lenz: a quantidade de calor libertada numa resistência, pela passagem da corrente, é directamente proporcional ao quadrado da intensidade da corrente e ao tempo durante o qual essa corrente passa.

W = R . I² . △t

Onde:

R – Resistência do condutor medida em ohm (Ω)

I – Intensidade da corrente, medida em ampere (A)

△t – intervalo de tempo durante o qual a corrente passa, medido em segundos (s).

W – Quantidade de energia eléctrica transformada em calor, por Efeito Joule/Lenz, medida em joule (J).

Potência dissipada numa resistência

A potência caracteriza a rapidez com que um dispositivo transforma uma determinada quantidade de energia numa outra forma de energia. No caso dos aparelhos eléctricos, a potência mede a rapidez com que um dispositivo eléctrico transforma a energia eléctrica em trabalho, isto é, a potência dissipada numa resistência por Efeito Joule, mede a rapidez com que essa resistência transforma a energia eléctrica, que recebe das cargas eléctricas, em calor.

Como o trabalho realizado pela corrente é dado pela expressão:Por outro lado, e, de acordo com a Lei de Ohm:

No SI de unidades a potência é medida em watt (W) em homenagem ao inventor da máquina a vapor James Watt.

E x e r c í c i o s  r e s o l v i d o s

1. Quando uma lâmpada de incandescência é ligada a uma tensão de 120 V, a corrente que flui pelo seu filamento é igual a 1 A. Determine:
2. a)A potência da lâmpada.
3. b)A quantidade de energia eléctrica que, por minuto, é transformada em calor pelo filamento da lâmpada.

Resolução:

Dados: △U = 120V; I = 1 A.

2. Num resistor, de resistência igual a 15 Q, passa uma corrente com intensidade de 2 A. Calcule:
3. a)A potência dissipada no resistor.
4. b)A quantidade de calor libertada por esse resistor em 30 minutos.

Resolução:

Dados: R = 15 Ω; I = 2 A.

Bibliografia

MENESES, João Paulo. F10 - Física 10ª Classe. Texto Editores, Maputo, 2017.