Potência Eléctrica e Efeito Joule

Referência : Ferreira, M., (2013) Potência elétrica e efeito de Joule, Rev. Ciência Elem., V1(1):017
Autor: Miguel Ferreira
Editor: Joaquim Agostinho Moreira
DOI: [http://doi.org/10.24927/rce2013.017]

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Consideremos um meio condutor eléctrico onde está definido um campo eléctrico uniforme. Por simplicidade, suponhamos que o condutor tem a forma de um cilindro, de raio R e comprimento L. Seja $\Delta V$ a diferença de potencial nos extremos do condutor. Devido à existência de campo eléctrico, as cargas livres do condutor entram em movimento ordenado, formando uma corrente eléctrica. Cada carga fica sujeita a uma força dada pela expressão $\vec{F}=q\vec{E}$, sendo $q$ a carga eléctrica das partículas livres.

O trabalho realizado pela força eléctrica no transporte de N cargas desde uma das extremidades do condutor até à outra é:

$W = \vec{F}.\vec{\Delta r}$.

A potência dispendida pelo campo eléctrico é:

$\frac{W}{\Delta t}= \frac{Nq}{\Delta t}E L$.

A quantidade $\frac{Nq}{\Delta t}$ é a quantidade de carga que atravessa a secção recta do condutor no intervalo de tempo $\Delta t$ e $E L$ é a diferença de potencial entre as extremidades do condutor. Assim, a potência pode ser escrita na seguinte forma:

$P = I . \Delta V$.

Se o condutor obedecer à lei de Ohm, a fórmula para a potência pode escrita de outra forma:

$P = I^2 \times R$.

Quando existe um condutor eléctrico a ser atravessado por uma corrente estacionária, a velocidade de deriva mantém-se aproximadamente constante porque, apesar da aceleração provocada pelo campo eléctrico, os electrões chocam com os iões da rede metálica que os abrandam. Durante estes choques há transferência de energia dos electrões acelerados pelo campo eléctrico para os iões da rede metálica. Desta maneira, a energia interna do condutor aumenta, aumentando também a sua temperatura. Este fenómeno é conhecido por Efeito Joule.

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Criada em 05 de Dezembro de 2010
Revista em 22 de Janeiro de 2012
Aceite pelo editor em 22 de Janeiro de 2012