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 (1818-1889) que estudou o fenômeno em 1840.
Definição[]
Ela pode ser expressa por:
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:
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.
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:
onde:
- W é o trabalho eléctrico (em joule).
- Q é a carga (em coulomb).
- U é a diferença de potencial (em volt).
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).
Potência dissipada[]
Nos resistores elétricos pode-se calcular a potência dissipada utilizando a lei de Joule:
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 , ) 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 fusíveis é a lei de joule (juntamente com outras de transferência de calor) que permite calcular as dimensões adequadas para o correto funcionamento destes dispositivos.