Avançar para o conteúdo principal

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...  

Etiquetas:

Comentários

Enviar um comentário

Coloque aqui o seu comentário

Mensagens populares deste blogue

Resistência de um condutor - variação com a temperatura

Consideremos um condutor de resistividade ρ e resistência R. Para variações relativamente pequenas da temperatura (por exemplo, variações de 10º C), a lei de variação da resistividade e da resistência com a temperatura são, respectivamente: Em que: θ →  Temperatura mais alta θ0 →Temperatura mais baixa ρ →  Resistividade à temperatura mais alta (θ) ρ0 →Resistividade à temperatura mais baixa (θ0) R →  Resistência à temperatura mais alta (θ) R0 →Resistência à temperatura mais baixa (θ0) α→   Coeficiente de temperatura As unidades, no SI, de R e ρ já são conhecidas; a de θ e θ0 é o grau celsius e a de α é o inverso do grau celsius ( º C)^-1 . As expressões que caracterizam as leis de variação de resistividade com a temperatura e de resistência com a temperatura são idênticas, uma vez que a resistência de um condutor é proporcional à sua resistividade  Há substâncias para as quais α é positivo, ou seja a resistividade...
Enviar um comentário
Ler mais

Transístores Bipolares BJT - Exercício - ponto de funcionamento DC em repouso

O desafio de hoje é ca lcular o VCE do  transístor, no circuito mostrado na fig.1. O Beta do transístor é 200 e o VBE de 0.7V. O VCC é de 12V conforme mostrado no esquema da figura 1 e o transístor está a funcionar na zona activa directa (não está ao corte nem à saturação). Fig.1 - Circuito a analisar Vamos então ver como chegar ao valor de VCE. Sabemos que VCE=VC-VE. No entanto para conhecer os valores de VC e VE temos de calcular as quedas de tensão em R1 e R4, o que só é possível se conhecermos IC e IE. IC e IE dependem de IB e do Beta do transístor que neste caso é 200. IC=Beta * IB e IE=(Beta+1) * IB. Como temos o Beta, falta-nos então conhecer o valor de IB para poder determinar o valor de IE e IC, que por sua vez nos permitem calcular as tensões no colector e emissor do transístor. Fig.2 Cálculo da tensão de Thevenin Vth Para calcular o IB, vamo-nos socorrer do teorema de Thévenin , que simplifica muito o circuito. Começamos por abrir o ci...
Enviar um comentário
Ler mais

Teorema da sobreposição

Num circuito, qualquer tensão (ou corrente) pode ser calculada como o resultado da soma algébrica das diversas tensões (ou correntes) produzidas individualmente por cada fonte independente do circuito, quando todas as outras fontes independentes existentes no circuito são colocadas em repouso. Uma fonte de tensão está em repouso se está curto-circuitada (0 volts ) e uma fonte de corrente está em repouso se está em circuito aberto ( 0 amperes). Este teorema apenas se aplica a fontes independentes; as fontes dependentes não são colocadas em repouso. É sobretudo útil em corrente alternada, onde por vezes é o único método possível de resolução dos problemas. Exemplo: Determinar a corrente I pelo método da sobreposição Fig.1 Passo 1 :Conforme mostrado na figura 2, abre-se a fonte de corrente e calcula-se I1 que neste caso atravessa as duas resistências. I= 18/6=3A. Fig.2 Abre-se a fonte de corrente Passo 2 : Conforme mostra a figura 3, curto circuita-se a fonte...
Enviar um comentário
Ler mais