Quando uma corrente elétrica passa através de um material condutor ocorre um aquecimento do mesmo devido?

Esta lista de exercícios trata do efeito Joule, um importante fenômeno que ocorre nos condutores percorridos por uma corrente elétrica, fazendo com que ocorra dissipação de calor.

Publicado por: Rafael Helerbrock em Exercícios de Física

Questão 1

Assinale a alternativa que apresenta exclusivamente aparelhos cuja principal função só é possível graças ao efeito Joule.

a) Ventilador, secador de cabelo, batedeira.

b) Ferro de passar, churrasqueira elétrica, chuveiro.

c) Forno elétrico, chapinha, liquidificador.

d) Torradeira, panela elétrica, micro-ondas.

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Questão 2

Complete corretamente as lacunas da frase a seguir e, em seguida, assinale a alternativa correspondente a essas palavras.

O efeito Joule é um fenômeno _______ no qual a passagem de _______ através de algum meio físico resulta em seu aquecimento. Esse aquecimento surge em razão das diversas colisões que ocorrem entre os _______ e os _________ que constituem a estrutura cristalina do material.

Preenchem corretamente as lacunas:

a) físico; calor; prótons; nêutrons.

b) físico; corrente elétrica; colisões; elétrons; átomos.

c) físico; corrente elétrica; prótons; nêutrons.

d) químico; corrente elétrica; colisões; elétrons; átomos.

e) químico; corrente elétrica; prótons; nêutrons.

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Questão 3

Um fio condutor de resistência elétrica igual a 0,05 Ω é atravessado por uma corrente elétrica de 0,5 A durante um intervalo de tempo de 10 s. Calcule qual foi a quantidade de calor dissipado por esse fio nesse intervalo de tempo.

a) 0,125 J

b) 0,5 J

c) 0,750 J

d) 1,250 J

e) 12,5 J

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Questão 4

Em um fio condutor de resistência elétrica R, é estabelecida uma corrente elétrica i, durante um intervalo de tempo t, de modo que esse fio dissipe uma quantidade de calor Q. Dobrando-se o módulo da corrente elétrica i, a nova quantidade de calor dissipada será igual a:

a) Q/2

b) 4Q

c) 3Q

d) 3Q/2

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Respostas

Resposta Questão 1

Letra B. Os aparelhos cuja função principal baseia-se na aplicação do efeito Joule são aqueles em que ocorre conversão de energia elétrica em energia térmica. Dentre os aparelhos, operam de acordo com o efeito Joule o secador de cabelo, ferro de passar, churrasqueira elétrica, chuveiro, forno elétrico, chapinha, torradeira e panela elétrica. O micro-ondas, apesar de ser usado para aquecer alimentos, funciona por meio de outro fenômeno, resultado da interação entre ondas eletromagnéticas e moléculas de água.

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Resposta Questão 2

Letra B. Confira a frase completa:

O efeito Joule é um fenômeno físico no qual a passagem de corrente elétrica através de algum meio resulta em seu aquecimento. Esse aquecimento surge em razão das diversas colisões que ocorrem entre os elétrons e os átomos que constituem a estrutura cristalina do material.

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Resposta Questão 3

Letra A. Com base nos dados e na fórmula usada para calcular o calor dissipado em decorrência do efeito Joule, faremos o seguinte cálculo:

Por meio do cálculo, determinamos que a quantidade de calor dissipado é igual a 0,125 J, portanto a alternativa correta é a letra A.

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Resposta Questão 4

Letra B. Uma vez que a fórmula usada para determinar a quantidade de calor dissipado em decorrência do efeito Joule é proporcional ao quadrado da corrente elétrica, dobrando-se esse parâmetro, a quantidade de calor dissipada será quatro vezes maior.

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Efeito Joule
Objetivo
Analisar a conversão de energia elétrica em energia térmica.
Introdução
Quando a corrente elétrica percorre um condutor como, por exemplo, um metal, faz com que esse se aqueça, transformando, dessa forma, a energia elétrica em energia térmica. Esse fenômeno de conversão de energia nos condutores, energia elétrica em térmica, foi estudado e descoberto no século XIX pelo cientista e físico britânico James P. Joule. É em homenagem a ele que esse efeito tem o seu nome, efeito joule. 
O efeito joule ocorre em decorrência dos inúmeros choques que ocorrem entre os elétrons que formam a corrente elétrica e os átomos ou moléculas que fazem parte da composição do material condutor. Com os choques os elétrons adquirem energia cinética e parte dela é transferida para os átomos do condutor, fazendo com que esses se agitem mais com esse acréscimo de energia. O aumento no grau de agitação das partículas ocorre em consequência do aumento da temperatura, e é através desse aumento de temperatura que aparece a incandescência, que nada mais é que a luz emitida em virtude do aquecimento.
Esse fenômeno tem larga utilização no cotidiano como, por exemplo, em equipamentos de aquecimento como o ferro elétrico, o chuveiro elétrico, a prancha alisadora, o forno elétrico, etc. todos esses equipamentos são compostos, basicamente, por uma resistência que quando percorrida pela corrente elétrica é aquecida, transformando energia elétrica em térmica, ou seja, calor. Outra aplicação prática do efeito joule no cotidiano está nas lâmpadas incandescentes. Criada no século XIX pelo inventor Thomas Edison, ela possui em seu interior um filamento de tungstênio, um metal com ponto de ebulição muito elevado, que ao ser percorrido pela corrente elétrica se aquece, podendo chegar a temperaturas de 2500 °C, tornado-se incandescentes e emitindo luz. 
Na construção de fusíveis o efeito joule também é aplicado. Fusíveis são dispositivos constituídos por um filamento metálico de baixo ponto de fusão. Dessa forma, quando a corrente elétrica que passa pelo fusível ultrapassa um determinado valor, o calor que é originado pelo efeito joule provoca a fusão do filamento, interrompendo a corrente elétrica. Eles são utilizados como limitadores de corrente elétrica que passa em um circuito elétrico. São encontrados em veículos automotivos, residências, aparelhos elétricos, etc.
Energia elétrica
Onde
E → Energia consumida
p → Potência
t → Intervalo de tempo
Energia Térmica
Onde
Δ Q→ Quantidade de calor
m→ Massa
c→ Calor especifico 
Δ T → Variação de temperatura
Onde
T → Temperatura inicial
p→ Potência do aquecedor 
m→ Massa
c→ Calor especifico
t→ tempo
Potência
Onde
p→ Potência
r→ Resistência elétrica 
v→ Tensão
Materiais Utilizados
Ebulidor
Cronometro
Béquer
Termômetro
Procedimento
Parte 1
Foi colocado a quantidade de 200ml de água no béquer, em seguida foi medida a temperatura inicial da água. Colocamos o ebulidor na água e ligamos na tomada. Então cronometramos o tempo que levou até chegar a temperatura de 90°.
Temperatura inicial→ 23°C
Temperatura final→ 90°C
Variação de temperatura→ 67°C
Tempo → 5:32 min / 332 segundos
Massa→ 200 g 
c→4,18 J / g°C
Cálculo potência 
p→304,3 w
Cálculo energia absorvida pela água 
Cálculo energia fornecida pelo ebulidor
Compare os valores
Ou seja, do 101.027,6J de calor fornecido pelo aquecedor, apenas 55,44% (56.012J), foi absorvido pela água, ocorrendo assim ema perda considerável de energia devido ao meio em que a experiência foi feita. 
Parte 2
Colocamos 200 ml de água no béquer, em seguida medimos a temperatura inicial, colocamos o ebulidor na água e ligamos na tomada. Anotamos a temperatura da água e seu respectivo tempo: 
	Temperatura (°C)
	Tempo (min)
	23
	0
	30
	1:15
	40
	2:02
	50
	2:42
	60
	3:26
	70
	4:11
	80
	4:40
	90
	5:17
Podemos observa que temos uma reta crescente que nos mostra que a temperatura é diretamente proporcional ao tempo, ou seja à medida que o tempo aumenta a temperatura também aumenta. 
Isso pode ser comprovado também, através da formula: , onde, após cada parte ser substituída e calculada, conseguiremos estabelecer uma reta demonstrando a variação da temperatura da água em função do tempo.
Cálculo Calor especifico
T→60°C
T0 →23°C
p→304,3 w
m→ 200g
t→ 3:26 min / 206 segundos
O valor encontrado do calor especifico deu um pouco mais que o dobro do calor especifico real da água pois houve uma perda de quase metade da energia no decorrer da experiência.
Conclusão
Após calcularmos e analisarmos, percebemos que o calor fornecido pelo aquecedor, não foi o mesmo absorvido pela água. Acreditamos que isso ocorreu devido ao meio em que a experiência foi feita, ou seja, por ter sido feito em um lugar aberto houve uma perda de calor para o ambiente, sendo assim, absorvido apenas 55,44% de todo o calor fornecido. Essa perda de calor acabou afetando o valor do calor especifico, fazendo com que ele aumentasse quase o dobro do valor real (Valor real: 4,18J/g°c ; valor encontrado: 8,5J/g°c).
Concluímos que é possível através de fórmulas e observações, analisar a conversão de energia elétrica em energia térmica. Porém acreditamos que obteríamos um resultado melhor se a experiência fosse feita em um local mais fechado onde ocorresse a menor interferência do ar possível. 
Bibliografia
http://mundoeducacao.bol.uol.com.br/fisica/o-efeito-joule-suas-aplicacoes.htm

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

O que ocorre quando uma corrente elétrica passa por um condutor?

Por que a corrente elétrica causa um aquecimento nos condutores?

Quando a corrente elétrica percorre um condutor metálico é o mesmo se aquece transformando energia elétrica em calor?