Resumo sobre o Efeito Joule


Em diversos momentos, é comum o aluno questionar a necessidade de aprender determinadas disciplinas. Um estudante que planeja seguir uma carreira na área de ciências humanas, por exemplo, adoraria não estudar Física, Química e Matemática. No sentido contrário, alunos que preferem as ciências exatas ou biológicas não gostam muito das aulas de História, Geografia e Filosofia. O fato é que só existe um caminho: estudar com dedicação total todas as disciplinas porque o conhecimento geral fará toda a diferença nas provas dos vestibulares.

Resumo sobre o Efeito Joule

Neste artigo, vamos falar sobre as descobertas do físico inglês James Prescott Joule (1818-1889), que conseguiu estabelecer a relação entre corrente elétrica e calor. Como homenagem póstuma ao legado do cientista, o Sistema Internacional de Unidades batizou como Joule a unidade que mede a energia mecânica (trabalho) e a energia térmica (calor).

Durante 10 anos, James Joule estudou a relação entre o movimento mecânico e o calor. Na época, os cientistas já sabiam que o trabalho mecânico transformava-se em calor. Porém, eles não compreendiam como se dava esta conversão. Com uma década de experimentos, Joule chegou à fórmula definitiva.

A Lei de Joule

A Lei de Joule relaciona a corrente elétrica que percorre um fio condutor e o calor gerado desta ação. O funcionamento de aparelhos elétricos tem como base a Lei de Joule. Como exemplos podemos citar o ferro de passar roupas, forno elétrico, secador de cabelo, chapinha, aquecedor, aparelhos de solda elétrica, entre outros.

A passagem da corrente elétrica aquece o fio condutor. O choque das cargas elétricas provoca a vibração dos núcleos dos átomos de condutores. Quanto mais intensa for a vibração dos átomos, mas elevada será a temperatura do fio condutor. Este é o chamado Efeito Joule – a conversão da energia elétrica em energia térmica.

Quando acendemos uma lâmpada incandescente convencional a corrente elétrica passa através do filamento enrolado em metal de tungstênio, no interior do bulbo de vidro. A energia elétrica esquenta o filamento irradiando luz. O mesmo acontece com aparelhos elétricos como fornos e churrasqueiras. Neste caso, a energia elétrica é transformada em energia térmica.

Fusíveis, presentes em veículos e em vários aparelhos elétricos, funcionam com base no efeito joule. O ponto de fusão do filamento metálico do fusível é baixo. Isto permite a interrupção da corrente elétrica quando esta ultrapassa determinado limite. O calor excessivo funde o filamento e corta a corrente elétrica. Por isso, é importante utilizar condutores bem calibrados para a suportar a carga de corrente elétrica, evitando, assim, curto-circuito. Instalações elétricas devem ser feitas por profissionais habilitados e experientes.

Como calcular o Efeito Joule

O Efeito Joule corresponde à transformação de energia elétrica em calor. A Lei de Joule diz que a quantidade de energia térmica, resultante do aquecimento de um condutor de corrente elétrica constante, é proporcional ao quadrado da intensidade da corrente multiplicada pelo tempo e pela resistência elétrica do condutor.

Q = i².R.t

i = intensidade da corrente (em ampères)
R = resistência elétrica do condutor (em ohms)
t = tempo que a corrente elétrica percorre o fio condutor (em segundos)

A quantidade de calor dissipado depende também das características do condutor de corrente elétrica – material, espessura e comprimento do condutor.

Quem foi James Joule

James Prescott Joule (1818-1889) recebeu do próprio pai o incentivo que precisava para evoluir em seus estudos científicos. O laboratório do jovem cientista foi um presente do pai, que era um rico fabricante de cerveja, na Inglaterra. Na adolescência, Joule aprendeu ciências e matemática com renomados cientistas, como John Dalton.

Mas a maior parte de seus estudos e experiências ele desenvolveu sozinho. A sociedade científica daquela época considerava James Joule como um cientista amador. Ele só conseguiu atenção quando um jornal de Manchester publicou um artigo a respeito de palestra proferida pelo cientista. Chamou a atenção de um jovem e respeitado físico escocês, William Thomson, com quem desenvolveria estudos importantes, e acabou convidado pela Sociedade Real para proferir palestras.

James Joule realizou diversas experiências científicas procurando fundamentar a relação entre eletricidade e calor. Em 1840, conseguiu chegar à fórmula que, posteriormente, foi batizada como Efeito Joule, em homenagem póstuma ao físico inglês. Nos vários experimentos que fez, Joule descobriu que a corrente elétrica, ao aquecer um fio condutor transforma a energia elétrica em energia térmica.

Os estudos sobre a equivalência entre trabalho mecânico e calor fundamentaram o desenvolvimento da Primeira Lei da Termodinâmica (lei da conservação de energia). Ele concluiu, em seus experimentos, que a energia só pode ser transmitida ou transformada de um corpo para outro; não há como criá-la ou destruí-la.

Trabalhando em conjunto com o físico William Thomson estabeleceram a relação entre temperatura e volume de gás, o Efeito Joule-Thomson. A dupla de cientistas conseguiu comprovar que a temperatura diminui com a expansão livre de um gás. O efeito Joule – Thomson fundamentou o desenvolvimento de equipamentos de refrigeração e ar-condicionado.

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