O efeito joule e suas aplicações


Quando uma corrente elétrica atravessa um condutor metálico, por exemplo, provoca o seu aquecimento, transformando, dessa maneira, a energia elétrica em térmica. Esse evento de transformação de energia nos condutores, de elétrica para térmica, foi descoberto e analisado pelo físico e cientista britânico Jame P. Joule, no século XIX. É em sua homenagem que esse fenômeno ganhou o nome de efeito joule.

O efeito joule e suas aplicações

O efeito joule acontece em virtude dos diversos choques que aparecem dentre os elétrons que constituem a corrente elétrica e as moléculas ou átomos que fazem parte da formação do material vetor. Por meio dos choques os elétrons passam a ter energia cinética e uma parcela dela é passada para os átomos do vetor, fazendo com que esses se movimentem mais rápido com esse aumento de energia. A elevação no nível de agitação das partículas acontece em virtude do aumento da temperatura, e é por meio dessa elevação de temperatura que surge a incandescência, que é a luz expelida por conta do aquecimento.

Aplicações

As aplicações do efeito Joule são diversas, entre elas:

1. Definição de J

É possível estabelecer o valor de J através de um processo elétrico. Adiciona-se a um calorímetro uma resistência R conhecida. Através dela se passa uma corrente de intensidade I conhecida, no decorrer de um tempo t. A energia adquirida pela resistência no decorrer do tempo t é:

W = R.i².t

Com o calorímetro também é possível medir a quantidade de calor Q oriundo dessa energia W. Determina-se J pelo quociente:

J = W/Q

2. Amperímetro térmico

Amperômetros são aparelhos que medem a energia da corrente elétrica. Existem muitos modelos de amperômetros, fundamentados em diversos fenômenos físicos. Um deles, que se fundamenta no efeito Joule, é o chamado amperômetro térmico. Compreende em um fio metálico por onde passa uma corrente elétrica que se quer saber a intensidade. Em interlocução com esse fio encontra-se um ponteiro. Quando a corrente cruza, o condutor esquenta e se expande.

Sabe-se que esse crescimento é equivalente a mudança de temperatura; está é equivalente à quantidade de calor, que é equivalente ao quadrado da força da corrente. Então a expansão do fio é equivalente ao quadrado da força da corrente. Com o crescimento do fio o ponteiro se movimenta perante uma escala. O construtor do amperômetro mede essa escala de forma que cada disposição do ponteiro mostre a corrente que percorre o fio.

3. Fornos

Na indústria nos laboratórios utilizam-se fornos elétricos para aquisição de temperaturas mais altas. O forno possui uma resistência elétrica que libera calor com o atravessar da corrente. Ele é encoberto por uma substância que conduz mal o calor, como o amianto, por exemplo. Dessa forma, o calor liberado pela resistência permanece dentro do forno.

4. Aquecedores

Todos os aquecedores elétricos fundamentam-se no efeito Joule, independente de sua finalidade: um fogão elétrico, aquecedor elétrico, ferro de passar roupa, chuveiro elétrico, etc..

5. Lâmpadas incandescentes

A lâmpada incandescente é formada por um fio de resistência R, denominado de filamento, contido em um bulbo e viro onde está o vácuo. Uma ponta do fio é conectada a rosca da lâmpada; a outra conectada a uma parte do metal situado na base da lâmpada. Quando a lâmpada é enroscada no suporte, o filamento fica conectado ao circuito elétrico por meio da rosca e da peça. A quantidade de calor liberada pelo filamento eleva a temperatura até ele ficar incandescente e radiar luz.

6. Fusíveis de segurança

Em uma instalação elétrica são utilizados fios com capacidade de suportar uma determinada intensidade de corrente. A corrente não pode alcançar valores muito mais altos do que o valor esperado porque caso contrário o calor liberado por efeito Joule pode derreter os fios e danificar a instalação. Porém, em um circuito podem ocorrer determinados acidentes que aumentam o valor da corrente. Para preservar a instalação conecta-se em sequencia no circuito um condutor de chumbo. Se por acaso o valor da corrente aumentar, o calor liberado derrete antes o chumbo do que os demais condutores. O chumbo derretido cessa o circuito e a corrente para de circular.

Vantagens e Desvantagens

– Vantagem

A corrente elétrica ao passar pelo condutor, gera nele uma elevação da temperatura. Esse feito é usado em aquecedores, ferros de passar, secador de mãos, soldadores elétricos, fogões, proteção de implantações elétricas, iluminação, etc.

– Desvantagem

Na grande maioria das utilizações de energia elétrica, a geração de calor equivalente a perdas pode gerar, em certos casos, prejuízos mais ou menos nocivos, principalmente quando se analisa maus contatos ou um curto-circuito. Por isso existe a necessidade de usar condutores devidamente ajustados para a corrente que irão aguentar, da mesa forma que antever os isolamentos e proteções adequadas.

Potência eliminada

O efeito Joule também pode ser usado para determinar a potência eliminada pelos resistores elétricos, através da fórmula:

P = Q/t = I² . R