Trabalho da Corrente Elétrica e a Lei de Joule-Lenz
Talvez provavelmente, você já reparou como o seu telemóvel fica quente depois de muitas horas jogando? Ou como o ferro de engomar consegue transformar eletricidade em calor para alisar as suas roupas? Na Física, isso não é por acaso. Tudo isso tem a ver com o trabalho que a corrente elétrica realiza e a energia que se perde no caminho.
Neste nest, vamos explorar como a eletricidade trabalha para nós e como podemos calcular essa energia. Prepare o caderno!
O Que é o Trabalho Realizado pela Corrente Elétrica?
Na linguagem do dia a dia, “trabalho” é a sua lição de casa ou o emprego dos seus pais. Na Física, Trabalho (W) significa transformar ou transferir energia.
Quando você liga um aparelho na tomada, o gerador (ou a bateria) cria uma diferença de potencial (tensão) que “empurra” os eletrões pelo fio. Ao se moverem, esses eletrões formam a corrente elétrica e realizam um trabalho: eles podem acender uma lâmpada, girar o motor de um ventilador ou aquecer a água do banho.
A fórmula para descobrir o total de energia transformada (o trabalho) é simples:
Onde:
- W = Trabalho ou Energia Elétrica (medido em Joules ou J)
- U = Tensão elétrica ou ddp (medida em Volts ou V)
- I = Intensidade da corrente (medida em Ampères ou A)
- t = Intervalo de tempo (medido em segundos ou s)
Leia também: Corrente Eléctrica
A Lei de Joule-Lenz
Imagine os eletrões como pessoas a correr num corredor muito apertado e cheio de obstáculos (os átomos do fio). Entretanto, durante a corrida, eles esbarram uns nos outros e nos obstáculos. Esse “atrito” gera calor.
A esse fenómeno de transformação de energia elétrica exclusivamente em energia térmica (calor) damos o nome de Efeito Joule. A Lei de Joule-Lenz permite-nos calcular exatamente quanto calor é libertado por uma resistência.
Se lembrarmos da Primeira Lei de Ohm (U = R ∙ I) e substituirmos na fórmula do trabalho, chegamos à equação da Lei de Joule-Lenz:
Onde:
- W = Quantidade de calor gerado (J)
- R = Resistência elétrica do material (Ohms ou Ω)
- I = Corrente elétrica (A)
- t = Tempo de funcionamento (s)
Dica de Ouro: Repare que a corrente (I) está elevada ao quadrado. Isso significa que, se você duplicar a corrente que passa num fio, o calor gerado não duplica… ele quadruplica! É por isso que fios muito finos podem derreter se a corrente for muito alta.
Leia também: Lei de Ohm
Potência Dissipada numa Resistência
Enquanto o Trabalho (W) e o Calor (W) nos dizem a quantidade total de energia gasta, a Potência Elétrica (P) diz-nos a rapidez com que essa energia é transformada. É como a velocidade do consumo!
A potência é o trabalho dividido pelo tempo (P = W/t). Na eletricidade, a potência dissipada por uma resistência (como o filamento de um aquecedor) pode ser calculada de três formas diferentes, dependendo dos dados que o problema lhe der:
- Quando tem a Tensão e a Corrente:
- Quando tem a Resistência e a Corrente:
- Quando tem a Tensão e a Resistência:
Nota: A potência é sempre medida em Watts (W).
Leia também: Campo Elétrico
Exemplos
Exercício 1:
1. Um aquecedor de água elétrico tem uma resistência interna de 10 Ω e é percorrido por uma corrente de 5 A. Se o aquecedor ficar ligado durante 2 minutos, qual será a quantidade de energia térmica (calor) dissipada pela resistência?
Resolução
Dados:
R = 10 Ω
I = 5 A
t = 2 minutos. (Atenção! Na Física, o tempo oficial é em segundos. 2 minutos = 120 s).
Fórmula (Lei de Joule-Lenz):
Exercício 2
2. Você comprou uma lâmpada onde está escrito “Resistência de 140 Ω” e a ligou na rede elétrica da sua casa, que fornece uma tensão de 220 V.
a) Qual é a corrente elétrica que passa pela lâmpada?
b) Qual é a potência elétrica dissipada por ela?
Resolução:
Dados:
R = 110 Ω
U = 220 V.
a) Qual é a corrente elétrica que passa pela lâmpada?
Vamos usar a 1ª Lei de Ohm (U = R ∙ I):
Resposta a): A corrente é de 2 A.
b) Qual é a potência elétrica dissipada por ela?
Você pode usar qualquer uma das fórmulas de potência, mas a mais direta usando os dados originais é:
Resposta b): A corrente é de 440 W.