thumb|Lâmpada de filamento de carbono, aquecido pela passagem de corrente elétrica (efeito Joule). A lei de Joule (também conhecida como efeito Joule ou efeito térmico) é uma lei física que expressa a relação entre o calor gerado e a corrente elétrica que percorre um condutor em determinado tempo. Um condutor, é um material no qual as cargas elétricas se deslocam de maneira relativamente livre. Quando esses materiais são carregados em alguma região pequena, a carga distribui-se prontamente sobre toda a superfície do material. O nome é devido a James Prescott Joule (1818–1889) que estudou o fenômeno em 1840 e, um ano mais tarde, publicada na Philosophical Magazine, pela Royal Society.

Definição Ela pode ser expressa por:

onde:

Q é o calor gerado por uma corrente elétrica 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 intervalo de tempo em que a corrente elétrica percorreu ao condutor. Se a corrente não for constante em relação ao tempo:

Termodinâmica

Quando uma corrente elétrica 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 elétrico (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 o momento é transferido ao átomo, aumentando a sua energia cinética (ver calor).

Podemos dizer, portanto, que, quando o elétron colide com os átomos, fazem com que os núcleos vibrem com maior intensidade. O grau de agitação molecular é chamado de temperatura, ou seja, quando os elétrons colidem, aumentam a energia cinética dos átomos, sua temperatura.

Efeito de Joule A passagem da corrente elétrica num condutor provoca o aumento de temperatura liberando calor. A energia elétrica que se transforma em energia calorífica num receptor ou condutor, é diretamente proporcional à resistência elétrica, ao quadrado da intensidade da corrente que o percorre e ao tempo de passagem da corrente. Esta lei é traduzida matematicamente pela seguinte expressão:

Em que: W — é o trabalho ou a energia dissipada por efeito joule (em joules); R — é a resistência elétrica (em ohms); I — é a intensidade de corrente que percorre o receptor ou condutor (em ampères); t — o tempo de passagem da mesma corrente (em segundos).

Vantagens e inconvenientes Vantagens A corrente elétrica ao atravessar um condutor, provoca nele um aumento de temperatura. Este efeito é aproveitado em ferros de passar, aquecedores, soldadores elétricos, secador de mãos, fogões, fornos, iluminação, proteção de instalações elétricas (fusíveis e disjuntores), etc.

Inconvenientes Em grande parte de aplicações da energia elétrica, a produção de calor correspondente a perdas e em algumas situações pode originar danos mais ou menos graves, nomeadamente quando se verifica um curto-circuito ou maus contatos. Daí há necessidade de utilizar condutores devidamente calibrados para a corrente que vão suportar, bem como prever as proteções e isolamentos convenientes.

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

Aplicações Nas 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, normalmente V das subestações até os transformadores de rua (distribuição) ou V entre subestações (transmissão), podendo admitir também valores superiores ou distintos a depender das distâncias a percorrer das linhas de transmissão ou distribuição. O fornecimento padrão urbano é de 220 V bifásico ou trifásico ou de 127 V monofásico; também sendo possível o fornecimento por parte da concessionária de outros valores de tensão de acordo com o tipo de consumidor (127 V - 220 V - 380 V - 440 V - 760 V - V - V... etc.). Já em zonas rurais a distribuição normalmente se dá por redes monofásicas de alta tensão. 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. O efeito Joule é o princípio da soldagem por resistência, que aquece um ponto entre duas chapas até o ponto de fusão dos metais através de uma corrente elétrica.

Ver também Efeito Peltier Efeito Seebeck Termopar Força eletromotriz de Thomson

Joule Categoria:Termodinâmica Categoria:Eletricidade