James Prescott Joule
Cidade onde nasceu: Salford, Reino Unido
Nascimento: 24 de dezembro de 1818
Falecimento: 11 de outubro de 1889
Cidade onde nasceu: Salford, Reino Unido
Nascimento: 24 de dezembro de 1818
Falecimento: 11 de outubro de 1889
Joule descendia de uma família com passado rural, porém, o seu avô tinha-se tornado rico ao fundar uma cervejaria. James foi o segundo dos cinco filhos de Benjamim e Alice Prescott Joule. Juntamente com seu irmão mais velho, James recebeu, inicialmente, educação em casa. De 1834 a 1837, os dois irmãos tiveram aulas privadas de matemática elementar, filosofia natural, e algumas aulas de química, lecionadas por John Dalton, na época com cerca de setenta anos de idade.
Joule estudou a natureza do calor, e descobriu relações com o trabalho mecânico. Isso o direcionou para a teoria da conservação da energia (a Primeira Lei da Termodinâmica). A descoberta da conservação da energia foi uma das chaves para a nova ciência da termodinâmica. Essa idéia, no entanto, só veio a cair com a descoberta da Segunda Lei da Termodinâmica, que diz que a energia percorre um único sentido, e a descoberta da entropia. Joule estabeleceu que as diversas manifestações de energia – mecânica, elétrica e calor – são, na sua essência, a mesma coisa e podem ser transformadas umas nas outras. A sua insuficiente instrução em matemática não lhe permitia manter-se a par do rápido desenvolvimento da termodinâmica, para a qual deu importantes contributos. Em meados do século, a liderança na área da física passou para uma nova geração de físicos que possuía uma sólida formação matemática, absolutamente necessária para as novas idéias que surgiriam.
O princípio de Joule, ou o princípio da conservação da energia, constitui a primeira lei da termodinâmica. Ela foi estabelecida por vários cientistas, inclusive - e principalmente por Joule, que admitiu que as diversas formas de trabalho pudessem ser convertidas umas nas outras e que, além disso, todas elas poderiam ser dissipadas na forma de calor. Embora pareça bastante evidente que o trabalho se transforme em calor, por exemplo, por atrito, não se pode concluir que o trabalho dissipado produza sempre a mesma quantidade de calor. É necessário verificar experimentalmente tal lei, que se resume na determinação do equivalente mecânico do calor. Isso de fato foi feito de forma exaustiva por Joule por meio de inúmeras experiências. Admitindo, portanto, que uma determinada quantidade de trabalho sempre se transforme numa mesma quantidade de calor, ele estava adotando a conservação de energia.
Existe ainda o famoso Efeito Joule
A corrente elétrica é resultado de movimentação de ânions, cátions ou elétrons livres, como já vimos. Ao existir corrente elétrica as partículas que estão em movimento acabam colidindo com as outras partes do condutor que se encontra em repouso, causando uma excitação que por sua vez irá gerar um efeito de aquecimento. A este efeito dá-se o nome efeito Joule.
Joule estudou a natureza do calor, e descobriu relações com o trabalho mecânico. Isso o direcionou para a teoria da conservação da energia (a Primeira Lei da Termodinâmica). A descoberta da conservação da energia foi uma das chaves para a nova ciência da termodinâmica. Essa idéia, no entanto, só veio a cair com a descoberta da Segunda Lei da Termodinâmica, que diz que a energia percorre um único sentido, e a descoberta da entropia. Joule estabeleceu que as diversas manifestações de energia – mecânica, elétrica e calor – são, na sua essência, a mesma coisa e podem ser transformadas umas nas outras. A sua insuficiente instrução em matemática não lhe permitia manter-se a par do rápido desenvolvimento da termodinâmica, para a qual deu importantes contributos. Em meados do século, a liderança na área da física passou para uma nova geração de físicos que possuía uma sólida formação matemática, absolutamente necessária para as novas idéias que surgiriam.
O princípio de Joule, ou o princípio da conservação da energia, constitui a primeira lei da termodinâmica. Ela foi estabelecida por vários cientistas, inclusive - e principalmente por Joule, que admitiu que as diversas formas de trabalho pudessem ser convertidas umas nas outras e que, além disso, todas elas poderiam ser dissipadas na forma de calor. Embora pareça bastante evidente que o trabalho se transforme em calor, por exemplo, por atrito, não se pode concluir que o trabalho dissipado produza sempre a mesma quantidade de calor. É necessário verificar experimentalmente tal lei, que se resume na determinação do equivalente mecânico do calor. Isso de fato foi feito de forma exaustiva por Joule por meio de inúmeras experiências. Admitindo, portanto, que uma determinada quantidade de trabalho sempre se transforme numa mesma quantidade de calor, ele estava adotando a conservação de energia.
Existe ainda o famoso Efeito Joule
A corrente elétrica é resultado de movimentação de ânions, cátions ou elétrons livres, como já vimos. Ao existir corrente elétrica as partículas que estão em movimento acabam colidindo com as outras partes do condutor que se encontra em repouso, causando uma excitação que por sua vez irá gerar um efeito de aquecimento. A este efeito dá-se o nome efeito Joule.
Exemplo de Exercício:
Um resistor é um dispositivo que transforma a energia elétrica integralmente em calor. Podemos dizer então que o resistor dissipa a energia elétrica que recebe do circuito. Assim, a potência elétrica consumida por um resistor é dissipada.
Como sabemos, essa potência é dada por:
Um resistor é um dispositivo que transforma a energia elétrica integralmente em calor. Podemos dizer então que o resistor dissipa a energia elétrica que recebe do circuito. Assim, a potência elétrica consumida por um resistor é dissipada.
Como sabemos, essa potência é dada por:
P = U.i (I)
Onde:
U – é a diferença de potencial (ddp)
i – é a intensidade de corrente elétrica
P – é a potência dissipada
Pela lei de Ohm:
U = R.i (II)
Onde R é a resistência elétrica do resistor.
Substituindo (II) em (I), temos:
P = (R . I) . i → P = R . i2
A energia elétrica transformada em energia térmica, ao fim de um intervalo de tempo ∆t, é dada por:
Essa fórmula traduz a lei de Joule, que pode ser enunciada da seguinte forma:
“A energia elétrica dissipada em um resistor, num dado intervalo de tempo ∆t, é diretamente proporcional ao quadrado da intensidade de corrente que o percorre.”
Sendo , a potência elétrica dissipada pode, também, ser dada por:
Podemos então concluir que, quando a ddp é constante, a potência elétrica dissipada em um resistor é inversamente proporcional à sua resistência elétrica.
Onde:
U – é a diferença de potencial (ddp)
i – é a intensidade de corrente elétrica
P – é a potência dissipada
Pela lei de Ohm:
U = R.i (II)
Onde R é a resistência elétrica do resistor.
Substituindo (II) em (I), temos:
P = (R . I) . i → P = R . i2
A energia elétrica transformada em energia térmica, ao fim de um intervalo de tempo ∆t, é dada por:
Essa fórmula traduz a lei de Joule, que pode ser enunciada da seguinte forma:
“A energia elétrica dissipada em um resistor, num dado intervalo de tempo ∆t, é diretamente proporcional ao quadrado da intensidade de corrente que o percorre.”
Sendo , a potência elétrica dissipada pode, também, ser dada por:
Podemos então concluir que, quando a ddp é constante, a potência elétrica dissipada em um resistor é inversamente proporcional à sua resistência elétrica.
Exemplo
Em 0,5 kg de água contida em um recipiente, mergulha-se, durante 7 min, um resistor de resistência elétrica 2 Ω.
Dados: calor específico da água 1 cal/g ºC e 1 cal = 4,2 J.
Se o resistor é percorrido por uma corrente elétrica de 5 A, calcule a elevação da temperatura da água, supondo que não haja mudança de estado.
Em 0,5 kg de água contida em um recipiente, mergulha-se, durante 7 min, um resistor de resistência elétrica 2 Ω.
Dados: calor específico da água 1 cal/g ºC e 1 cal = 4,2 J.
Se o resistor é percorrido por uma corrente elétrica de 5 A, calcule a elevação da temperatura da água, supondo que não haja mudança de estado.
Solução
O resistor transforma a energia elétrica integralmente em calor, aquecendo a água.
Assim, temos:
Eel = Q
Sabemos que:
Eel = P.∆t e Q = m . c . ∆T
Daí:
P.∆t = m . c . ∆T
R.i2. ∆t = m . c . ∆T
Os dados fornecidos pelo problema são:
R = 2 Ω
i = 5 A
∆t = 7min = 420 s
m = 0,5 kg = 500 g
c = 1 cal/g ºC = 4,2 J/g ºC
Substituindo os dados na equação:
R . i2.∆t = m . c . ∆T
2 . 52 . 420 = 500 . 4,2 . ∆T
∆T = 2 . 25 . 420
500 . 4,2
O resistor transforma a energia elétrica integralmente em calor, aquecendo a água.
Assim, temos:
Eel = Q
Sabemos que:
Eel = P.∆t e Q = m . c . ∆T
Daí:
P.∆t = m . c . ∆T
R.i2. ∆t = m . c . ∆T
Os dados fornecidos pelo problema são:
R = 2 Ω
i = 5 A
∆t = 7min = 420 s
m = 0,5 kg = 500 g
c = 1 cal/g ºC = 4,2 J/g ºC
Substituindo os dados na equação:
R . i2.∆t = m . c . ∆T
2 . 52 . 420 = 500 . 4,2 . ∆T
∆T = 2 . 25 . 420
500 . 4,2
∆T = 21000
2100
2100
∆T = 10 ºC
Portanto, podemos concluir que a temperatura se eleva em 10 ºC.
Experimento: Efeito Joule
Experimento de Física - Palha de aço que pega fogo
Portanto, podemos concluir que a temperatura se eleva em 10 ºC.
Experimento: Efeito Joule
Experimento de Física - Palha de aço que pega fogo
https://www.youtube.com/watch?v=y8eM-VRpBE4&feature=youtu.be
Equivalente mecânico do calor
https://www.youtube.com/watch?v=V44_AtPKpGo
Pensamento/ Frase do cientista:
"A ordem continua bem no universo...governado pela vontade soberana de Deus"
- James Prescott Joule
- James Prescott Joule
https://www.youtube.com/watch?v=V44_AtPKpGo
ResponderExcluirLink do video para o experimento de Joule - Equivalente Mecanico de Calor
ALUNOS: Camila Fagundes, Dominique Reverte, Jecyka e kimberly Kelly. Turma: 1°V03