Por que será que um fio esquenta quando é percorrido por uma corrente elétrica?

Esta lista de exercícios trata do efeito Joule, um fenômeno de conversão de energia elétrica em energia térmica pelo choque dos elétrons com os átomos dos materiais. Publicado por: Rafael Helerbrock

Um chuveiro elétrico residencial tem o seu seletor de temperatura colocado na posição inverno. Nessa posição, a potência dissipada pelo aparelho, em forma de calor, é de 5000 W. Assumindo que o aparelho permaneça ligado por 30 min por dia, assinale entre as alternativas abaixo aquela que indica a quantidade mensal de energia dissipada em kWh.

a) 75 kWh

b) 4500 kWh

c) 4,5 kWh

d) 2700 kWh

e) 2,7 kWh

Podemos calcular a quantidade de calor dissipado pelo efeito Joule por meio de uma relação simples: Q = i2R.t, na qual Q é a quantidade de calor dissipado em Joules; i é a corrente elétrica em Amperes; R é a resistência elétrica do condutor em Ohms; e t é o tempo que a corrente elétrica leva para atravessá-lo em segundos. Dessa forma, assinale a alternativa que apresenta corretamente a resistência elétrica, em Omhs, de um condutor que dissipa 64 J de calor quando percorrido por uma corrente elétrica de 4 A durante um tempo de 2 s.

a) 20 Ω

b) 2 Ω

c) 10 Ω

d) 100 Ω

e) 0,2 Ω

Quando um fio condutor é percorrido por uma ________, parte da energia ________ dos ____________ é transferida para os átomos, aumentando sua agitação. Com isso, há um aumento na ________. O nome que se dá a esse fenômeno é efeito ________.

Complete as lacunas e assinale a alternativa correta:

a) corrente elétrica, elétrica, elétrons, temperatura, Joule.

b) corrente elétrica, potencial, elétrons, temperatura, compton.

c) tensão elétrica, potencial, prótons, temperatura, fotoelétrico.

d) tensão elétrica, elétrica, elétrons, temperatura, Joule.

e) corrente elétrica, cinética, elétrons, temperatura, Joule.

Assinale a alternativa incorreta em relação ao efeito Joule.

a) O calor dissipado pelo efeito Joule é diretamente proporcional ao quadrado da corrente elétrica.

b) A energia elétrica dissipada em forma de calor é diretamente proporcional à potência elétrica dissipada.

c) A quantidade de calor dissipada é inversamente proporcional à resistência elétrica do material.

d) Quanto maior o tempo de passagem da corrente elétrica, maior será a quantidade de energia dissipada.

e) Se um material dissipa mais energia em forma de calor do que outro, sua resistência elétrica é maior.

respostas

Letra A

Podemos calcular a energia consumida pela definição de potência:

O exercício informa que a potência do chuveiro é de 5000 W, ou seja, 5000 Joules por segundo. No entanto, o tempo de funcionamento do aparelho é dado em minutos e queremos calcular a quantidade de energia consumida em kWh. Portanto, para determinarmos esse tempo, transformamos os 30 min em horas (basta lembrar que cada hora tem 60 min, com isso, 30 min = 0,5h). Além disso, podemos transformar a potência elétrica fornecida em kW: 5000 W = 5kW (k = 103).

Multiplicando os termos cruzados, encontramos o seguinte:

O exercício pede que calculemos a quantidade de energia elétrica consumida mensalmente. Sendo assim, multiplicamos o resultado anterior por 30, a quantidade média de dias em um mês:

Voltar a questão

Letra B

Utilizando a expressão fornecida pelo exercício para o cálculo da Lei de Joule, temos que:

Dessa forma, vamos substituir os dados fornecidos:

Multiplicando os termos:

Logo, temos que:

Voltar a questão

Letra E

Quando um fio condutor é percorrido por uma corrente elétrica, parte da energia cinética dos elétrons é transferida para os átomos, aumentando sua agitação. Com isso, há um aumento na temperatura. O nome que se dá a esse fenômeno é efeito Joule.

Voltar a questão

Letra C

Como sabemos, a Lei de Joule define que:

Portanto, a quantidade de calor dissipada (Q) é proporcional ao quadrado da corrente elétrica (i), à resistência elétrica (R) e ao tempo (t).

A alternativa C informa que a quantidade de calor dissipada (Q) pelo efeito Joule é inversamente proporcional à resistência elétrica (R), sendo, portanto, falsa.

Voltar a questão

Leia o artigo relacionado a este exercício e esclareça suas dúvidas

Quando uma corrente elétrica passa por um condutor O condutor se aquece?

Qual o nome dado ao fenômeno que gera calor ao transportar corrente elétrica por um fio condutor?

O que acontece com a corrente elétrica quando usamos um fio grosso?

Quando um fio condutor é percorrido por uma parte da energia dos é transferida para os átomos?