Lei de Joule

Sabe-se que quando um condutor é percorrido por uma corrente eléctrica, ou seja, quando os electrões livres que nele existem se movimentam por acção de um campo eléctrico exterior, ocorrem choques dos electrões livres com as partículas estacionárias que formam o material. Sempre que há um choque, a energia cinética que o campo eléctrico tinha fornecido aos electrões livres para eles se moverem, anula-se sendo convertida em calor, fazendo aumentar a temperatura do condutor. Há portanto uma transformação da energia aplicada em calor. 

A lei de Joule diz-nos que quando passa uma corrente eléctrica num condutor, a energia eléctrica transformada em energia calorífica é proporcional ao quadrado da intensidade corrente, à resistência do condutor e ao tempo durante o qual a corrente  atravessa o condutor.

Como R*I=V, pode também exprimir-se a quantidade de calor libertada por um condutor, em termos da queda de tensão entre os seus extremos, da corrente que nele circula e do tempo que circula (V*I*t). 

 

Por definição de d.d.p., sabe-se que V = W/Q, isto é, o trabalho realizado pelas forças do campo eléctrico para mover os electrões livres no interior do condutor é W=V*Q = V*I*t. Este trabalho (ou energia), como já se disse, transforma-se em calor sempre que há choques dos electrões livres com as partículas estacionárias do condutor. Então o calor ou energia de Joule ( WJoule ) desenvolvida no condutor será WJoule = V*I*t.

Tradicionalmente a lei de Joule é expressa como WJoule = R*I^2*t. Esta é pois a expressão matemática a que estamos habituados para descrever a Lei de Joule:

A energia eléctrica convertida em calor, num condutor, no tempo t, é proporcional  à resistência do condutor, e ao quadrado de corrente que o percorre. A energia eléctrica dissipada por unidade de tempo, ou seja, a potência eléctrica dissipada será PJoule:

No Sistema Internacional a unidade de potência é o watt ( W ) e a unidade de energia eléctrica é o Joule, que equivale ao trabalho produzido com a potência de um watt durante um segundo (W ⋅s) embora usualmente se utilize o  Watt Hora (3600 Joules) ou o kWh que equivale a 3.6 x 10^6Joule.

Aplicações: 

A produção de calor em condutores devido à passagem de corrente eléctrica, é largamente usada na prática em equipamentos domésticos e industriais, tais como aquecedores eléctricos, termo-acumuladores, ferros de engomar, ferros de soldar a estanho, fogões eléctricos, fornos eléctricos, etc...