Estudando a Lei de Joule – Física Para o Enem

Na postagem a seguir vamos estudar mais um conceito muito importante dentro dos temas relacionados à eletricidade (Física), que é a Lei de Joule. A Lei de Joule é importante pois relaciona a energia térmica dissipada com a potência fornecida a um determinado circuito. Através disso, podemos determinar por exemplo, a que temperatura um componente de um circuito irá operar, verificando se o componente é dimensionado para essas temperaturas ou se será necessário substituí-lo.

Lei de Joule

Como vimos em postagens anteriores, a maior parcela da energia dos circuitos elétricos é dissipada por meio dos resistores, que são componentes projetados para controlar a tensão ao longo do circuito, transformando o excesso de energia elétrica em energia térmica. A potência dissipada pelo condutor é dada pela seguinte equação:

P=U×i


Onde P é a potência dissipada pelo resistor, U é a diferença de potencial aplicada ao circuito e i é a corrente elétrica a qual o sistema está submetido. Da primeira Lei de Ohm, a diferença de potencial em um resistor é dada por:

U=R×i


Sendo R a resistência elétrica do resistor. Substituindo a diferença de potencial na primeira equação, é possível determinar a potência dissipada ao longo do resistor, como função de sua resistência elétrica. Então:

P=R×


Para um intervalo de tempo qualquer, a energia dissipada pode ser calculada pela equação abaixo:

Edissipada=R××∆t


Onde ∆t é o intervalo de tempo, dado em segundos.

Manipulando a equação da primeira Lei de Ohm, podemos isolar a corrente elétrica da seguinte forma:

i=U/R


E substituindo na equação da potência dissipada, temos que:

Edissipada=U²/R×∆t


Então, concluímos que a energia dissipada ao longo de um resistor, para um intervalo de tempo qualquer, pode ser determinada conhecendo a diferença de potencial ao longo do resistor e sua resistência elétrica. Além disso, é notado que a dissipação é inversamente proporcional a resistência elétrica do resistor. Assim, quanto menor a resistência de um componente, mais energia ele será capaz de liberar para o ambiente.

Quando não é utilizado o intervalo de tempo, a potência dissipada pode ser calculada, mas é preciso estar atento quanto as unidades! Sem levar em consideração o intervalo de tempo, a potência dissipada é calculada em watts (W), equivalente a Joule por segundo. Quando levamos em consideração o tempo a que o circuito está submetido a diferença de potencial, a energia dissipada é dada em Joule (J). Fora do Sistema Internacional, podem ser encontradas unidades referentes a kW ou kJ, quando o sistema referido apresenta grandes dissipações.

A Lei de Joule é importante também para determinar o quanto de energia está sendo perdida pelo sistema, uma vez que em muitas situações a perda de energia por calor não é desejada, sendo prejudicial a eficiência do circuito elétrico. Desta forma, um equipamento que dissipe menos energia térmica irá consumir menos energia elétrica em sua residência, por exemplo!

Por fim, percebemos que a energia térmica dissipada pelos componentes pode ser facilmente calculada, em função de parâmetros já conhecidos de outras equações. Desta forma, a Lei de Joule se torna dependente de parâmetros já avaliados, fornecendo mais uma informação relevante para o estudo dos circuitos elétricos! Os exercícios relacionados a Lei de Joule normalmente envolvem outros assuntos relacionados a energia, portanto podem ser uma boa maneira de fixar este assunto novo e relembrar temas já estudados! Aproveite!

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