Efeito Joule

Efeito Joule é o fenômeno do aquecimento dos materiais quando atravessados por uma corrente elétrica e, consequentemente, sofrem um aumento de temperatura. No efeito Joule, as colisões entre os portadores de carga elétrica e os íons que compõem os materiais provocam o aumento de energia térmica.

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Efeito Joule no dia a dia

O efeito Joule é um fenômeno eletromagnético muito presente no cotidiano. Diversas tecnologias fazem uso de tal efeito com o principal intuito de produzir calor por meio da eletricidade de forma rápida e segura. Vamos conhecer alguns dispositivos cotidianos que fazem uso do efeito Joule:

• Chuveiros

• Pranchas de cabelo (chapinhas)

• Sanduicheiras

• Churrasqueiras elétricas

• Fornos elétricos

De modo geral, todo aparelho eletrônico que esquenta quando há passagem de corrente elétrica ao longo de uma resistência produz calor por meio do efeito Joule.

• Efeito Joule no chuveiro

O chuveiro elétrico, comum no Brasil, conta com uma resistência elétrica em seu interior, que fica em contato direto com a água. Essa resistência é percorrida por uma corrente elétrica elevada, que costuma variar entre 20 A e 30 A, mas que pode chegar a intensidades ainda maiores, considerando os modelos de chuveiro de potências mais elevadas.

A passagem da corrente elétrica ao longo da resistência do chuveiro, que pode ser feita em formato espiral, circular ou retilíneo, produz calor, que aquece rapidamente a água.

Emissão de luz no efeito Joule

A temperatura dos materiais aumenta à medida que a corrente elétrica que os atravessa aumenta. Isso faz com que, com base em certa temperatura, alguns corpos comecem a emitir luz visível. Essa luz é conhecida como incandescência e se trata de um processo termoelétrico de emissão de luz.

A frequência de ondas eletromagnéticas emitida pelos corpos aquecidos é oriunda da emissão de corpo negro. Essa frequência tem uma relação direta com a temperatura do corpo, tal relação é estabelecida pela lei de Stefan-Boltzmann.

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Fórmulas do efeito Joule

As fórmulas do efeito Joule derivam das equações da potência elétrica dissipada por um elemento qualquer de resistência elétrica R, quando atravessado por uma corrente elétrica de intensidade i, confira:

P – potência dissipada na forma de calor (W)

R – resistência elétrica (Ω)

i – corrente elétrica (A)

Se nos lembrarmos que a potência é uma grandeza física caracterizada pela quantidade de energia transferida em um determinado intervalo de tempo, e que, nesse caso, a energia é de natureza térmica, tratando-se, portanto, de calor, obtemos a seguinte expressão:

A fórmula mostrada é conhecida como lei de Joule. Por meio dela, é possível calcular a quantidade de calor emitida em decorrência do efeito Joule de acordo com os parâmetros de resistência elétrica, corrente elétrica e o tempo em que perdurou a passagem da corrente.

Exercícios sobre efeito Joule

Questão 1) (UFTPR) O chuveiro elétrico esquenta porque apresenta uma _______________, que aquece a água quando passa uma ____________ elétrica. A esse fenômeno chamamos de efeito ________.

Assinale a única alternativa que completa o texto acima de forma correta.

a) aceleração, energia potencial, cascata.

b) energia cinética, força peso, Joule.

c) resistência elétrica, aceleração, cascata.

d) queda de temperatura, corrente, Joule.

e) resistência elétrica, corrente, Joule.

Gabarito: Letra E

Resolução:

Quando preenchida de forma correta, a frase fica da seguinte forma:

O chuveiro elétrico esquenta porque apresenta uma resistência elétrica, que aquece a água quando passa uma corrente elétrica. A esse fenômeno chamamos de efeito Joule.

Questão 2) (Uece) A energia elétrica sai das hidrelétricas por linhas de transmissão, que são basicamente constituídas por fios condutores metálicos suspensos em torres, também metálicas, por meio de isoladores cerâmicos ou de outros materiais isolantes. Há linhas em que a diferença de potencial elétrico chega a 230 kV. Em uma dessas linhas, a passagem de uma corrente de 1 A durante 10 segundos seria correspondente ao consumo de quantos Joules de energia?

a) 2,3.10²

b) 2,3.10⁶

c) 2,3.10³

d) 2,3.10

Gabarito: Letra B

Resolução:

Primeiramente, vamos determinar a potência transmitida por uma das linhas, observe:

Depois de termos calculado a potência, basta utilizar a relação entre energia e potência, para determinar a energia transferida ao longo de 10 s.

Questão 3) (Acafe - adaptado) O avanço tecnológico mudou nossa vida de várias formas, uma delas está no jeito que cozinhamos alimentos hoje. Se antes tínhamos fogões a gás, hoje temos fogões elétricos, geralmente, chamados de cooktops. Um deles é o cooktop por indução e outro é o cooktop elétrico. O primeiro utiliza um campo magnético para gerar correntes induzidas em uma panela e o segundo utiliza, no lugar do fogo, resistores elétricos para aquecer a panela.

De acordo com o exposto, analise as afirmações a seguir.

I. O cooktop de indução tem seu funcionamento baseado na lei de Newton.

II. Uma das possibilidades para se aumentar a potência do cooktop elétrico é reduzir a sua resistência elétrica.

III. Os dois cooktops podem funcionar e aquecer os alimentos se forem ligados a uma bateria.

IV. O cooktop de indução não funciona com panela de barro.

V. O cooktop elétrico tem seu funcionamento baseado no efeito joule.

Assinale a alternativa correta.

a) Apenas as afirmativas I, III e IV estão corretas.

b) Apenas as afirmativas II, IV e V estão corretas.

c) Apenas as afirmativas II, III e IV estão corretas.

d) Apenas as afirmativas I, II e III estão corretas.

Gabarito: Letra B

Resolução:

Vamos analisar as alternativas:

I – FALSA. O cooktop de indução tem o seu funcionamento baseado no fenômeno de indução eletromagnética, explicado pela lei de Faraday-Lenz.

II – VERDADEIRA

III – FALSA. Para o cooktop de indução funcionar, é necessário que ele esteja conectado a uma fonte de corrente elétrica alternada.

IV – VERDADEIRA

V – VERDADEIRA