Efeito JOULE
Efeito Joule
O calor e a eletricidade são duas formas de energia que mantem certas relações que passaremos a estudar.
Quando uma corrente elétrica passa por um condutor, o condutor se aquece. Esse fenômeno é chamado efeito Joule. Assim, todo mundo sabe que uma lâmpada se aquece quando funciona. E que os fogões elétricos, os fornos elétricos, etc. utilizam a corrente elétrica para produção de calor.
A quantidade de calor libertada pela passagem da corrente elétrica pode ser calculada pela aplicação do 1o princípio da Termodinâmica, também chamado princípio da equivalência. Seu enunciado é: “quando há transformação da quantidade de energia W na quantidade de calor Q, ou vice-versa, o quociente de W por Q é constante, quaisquer que sejam W e Q ”. Significa que:
O calor e a eletricidade são duas formas de energia que mantem certas relações que passaremos a estudar.
Quando uma corrente elétrica passa por um condutor, o condutor se aquece. Esse fenômeno é chamado efeito Joule. Assim, todo mundo sabe que uma lâmpada se aquece quando funciona. E que os fogões elétricos, os fornos elétricos, etc. utilizam a corrente elétrica para produção de calor.
A quantidade de calor libertada pela passagem da corrente elétrica pode ser calculada pela aplicação do 1o princípio da Termodinâmica, também chamado princípio da equivalência. Seu enunciado é: “quando há transformação da quantidade de energia W na quantidade de calor Q, ou vice-versa, o quociente de W por Q é constante, quaisquer que sejam W e Q ”. Significa que:
( W / Q ) = J (constante)
Resulta: Q = W/J. O inverso de J se representa por A. Então: Q = A . W
J é chamado equivalente mecânico da unidade de quantidade de calor.
Unidades
Lei de Joule
Já vimos que, quando a corrente de intensidade I circula por um condutor de resistência R durante o tempo t, a energia necessária para que essa corrente circule vale: W = R . I² . t => V . I . t
Essa energia elétrica absorvida pela resistência elétrica é transformada totalmente em calor, isto é, a produção de calor é inerente à passagem da corrente (por isso é que é muito frequente dizermos energia “dissipada” por uma resistência). Em virtude das fórmulas ( W / Q ) = J e W = R . I² . t => V . I . t a quantidade de calor desprendida é dada por uma das expressões:
Resulta: Q = W/J. O inverso de J se representa por A. Então: Q = A . W
J é chamado equivalente mecânico da unidade de quantidade de calor.
Unidades
No sistema CGS, W é avaliado em ergs e Q em pequenas calorias (símbolo, cal). Resulta para J o valor ergs/cal e para A o valor 4,18 . 10^7cal/erg.
No sistema MKS, W é avaliado em joules e Q em pequenas calorias. Resulta J = 4,18 joule/cal e A = 0,24 cal/joule.
Lei de Joule
Já vimos que, quando a corrente de intensidade I circula por um condutor de resistência R durante o tempo t, a energia necessária para que essa corrente circule vale: W = R . I² . t => V . I . t
Essa energia elétrica absorvida pela resistência elétrica é transformada totalmente em calor, isto é, a produção de calor é inerente à passagem da corrente (por isso é que é muito frequente dizermos energia “dissipada” por uma resistência). Em virtude das fórmulas ( W / Q ) = J e W = R . I² . t => V . I . t a quantidade de calor desprendida é dada por uma das expressões:
Q = A . R . I² . t => A . V . I . t
ou
ou
Q = ( R . I² . t ) / J => ( V . I . t ) / J
Qualquer uma dessas quatro expressões é chamada de lei de Joule.
Quando se usa o sistema CGSES deve-se avaliar R, I e V em ues CGS; t em seg; A = 0,24 . 10^-7 cal/erg; Q em pequenas calorias.
Quando se usa o sistema MKS deve-se avaliar R em W; V em v; I em A; t em seg; A = 0,24 cal/joule; Q em pequenas calorias.
Exemplo
Qual a quantidade de calor libertada durante 10 minutos pela passagem de uma corrente de 5 ampères por um condutor de resistência 2 ohms?
t = 10 min. +> 600 seg.
R = 2 ohm
I = 5A
A = 0,24 cal/joule
Qualquer uma dessas quatro expressões é chamada de lei de Joule.
Quando se usa o sistema CGSES deve-se avaliar R, I e V em ues CGS; t em seg; A = 0,24 . 10^-7 cal/erg; Q em pequenas calorias.
Quando se usa o sistema MKS deve-se avaliar R em W; V em v; I em A; t em seg; A = 0,24 cal/joule; Q em pequenas calorias.
Exemplo
Qual a quantidade de calor libertada durante 10 minutos pela passagem de uma corrente de 5 ampères por um condutor de resistência 2 ohms?
t = 10 min. +> 600 seg.
R = 2 ohm
I = 5A
A = 0,24 cal/joule
Q = A . R . I² . t => 0,24 . 2 . 5² . 600
Q = 7200 cal
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