Exemplo da Lei de Joule

Quando uma corrente elétrica circula, parte da energia é convertida em trabalho e parte em calor. Esse calor é produzido porque, ao passar pelo circuito, a corrente elétrica deve superar a resistência oferecida pelo condutor. Essa energia aplicada para superar a resistência é liberada na forma de calor.

Esse fenômeno foi observado pelo cientista inglês James Prescott Joule, que também observou as relações que existem entre o tempo que o corrente, bem como a intensidade dessa corrente, com o calor ou com o trabalho gerado, e utilizou diferentes métodos de medição da corrente e do calor gerado. A declaração da Lei de Joule é a seguinte:

O calor produzido em um condutor pela passagem de corrente é diretamente proporcional à resistência, ao quadrado da corrente e ao tempo em que ela é conectada.

A corrente, medida em Amps, passa pelos condutores; quanto mais resistência à passagem de corrente um condutor tiver, mais difícil será para os elétrons se moverem através do condutor. A energia usada para mover o fluxo de elétrons é dissipada como calor.

As observações de Joule são sintetizadas na seguinte fórmula:

J = I²* R * t
J = É a medida do calor produzido, que é medido em Joules. Um joule equivale a 0,24 calorias.
I = é a corrente. É medido em amperes.
R = Resistência do condutor ou carga, medida em Ohms (W)
t = É o tempo que a corrente circula pelo condutor, ou também o tempo que o circuito permanece conectado. É medido em segundos.

A partir desta fórmula, podemos calcular qualquer uma das outras quantidades:

I = √ (J) / (R * t)
R = (J) / (I²* t)
t = (J) / (I²* R)

Exemplos da lei de Joule

Exemplo 1. Calcule o calor produzido por uma corrente de 2A em uma resistência de 150 W, por 7 segundos.

J =?
I = 2 A
R = 150 W
t = 7 s
J = I²* R * t
J = (2²) (150) (7) = (4) (150) (7) = 4200 J

São produzidos 4200 Joules de calor.

Exemplo 2. Calcule a corrente que flui através de um circuito, se sabemos que sobre uma resistência de 150 W, 1500 J.

J = 1500 J
I =?
R = 80 W
t = 3 s
I = √ (J) / (R * t)
I = √ (1500) / (80 * 3) = √ (1500) / (240) = √ 6,25 = 2,5 A

A corrente do circuito é 2,5 Amps.

Exemplo 3. Calcule a resistência do condutor, se soubermos que a corrente é 1,25 A, o tempo é 4,5 segundos e o calor produzido é 1458 J.

J = 1458 J
I = 1,2 A
R =?
t = 4,5 s
R = (J) / (I²* t)
R = (1458) / (1,2²) (4,5) = (1458) / (1,44) (4,5) = (1458) / (6,48) = 225 W

A resistência do condutor é de 225 Ohms.

Exemplo 4. Calcule quanto tempo um circuito está conectado, se a corrente é 500 mA, a resistência do condutor é 125 W e o calor produzido é 31,25 J.

J = 31,25 J
I = 500 mA = 0,5 A
R = 125 W
t =?
t = (J) / (I²* R)
t = (31,25) / (0,5²) (125) = (31,25) / (0,25) (125) = (31,25) / (31,25) = 1 s

O circuito é conectado por 1 segundo.