Efeito térmico da corrente – o experimento Q = I²Rt
FísicaEletricidade e circuitosIdades 16–17Laboratório virtual
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Uma resistência em um calorímetro com água: ajuste a corrente e o tempo, leia o termômetro e verifique Q = I²Rt = mcΔT traçando ΔT em função de I² e de t. Outras telas mostram por que um elemento de níquel-cromo aquece enquanto os fios de cobre continuam frios, como um fusível derrete e um disjuntor desarma em sobrecarga, e como uma lâmpada incandescente, um ferro de passar e uma chaleira usam o efeito.
Aula: Efeito térmico da corrente elétrica, efeito Joule
O que mostra
Quando uma corrente percorre um condutor, a energia elétrica vira calor: Q = I²Rt. Em um calorímetro isolado esse calor aquece a água, Q = mcΔT com c = 4186 J/(kg·K), de modo que ΔT é proporcional a I² e a t. Em um circuito em série, o elemento e os fios conduzem a mesma corrente, então a parte com maior resistência libera muito mais calor. Fusíveis e disjuntores usam esse mesmo efeito para proteger o circuito. O modelo ignora a capacidade térmica do copo e da resistência, e as curvas de fusível e disjuntor são simplificadas.
Como usar
Em Calorímetro, ajuste Corrente I, Resistência R, Massa de água m e Tempo de aquecimento t e pressione Ligar. Cada medida vai para a tabela. Mude só I e faça pelo menos três medidas para o gráfico ΔT em função de I²; escolha ΔT em função de t e mude só t para o segundo gráfico. Em Elemento e fios, mude Material do elemento e I. Em Fusível e disjuntor, escolha Valor nominal, ajuste Corrente de carga e pressione Ligar. Em Aparelhos, escolha aparelho, tensão e tempo e pressione Registrar dados.
Parâmetros que você pode mudar
- Tela Calorímetro, Elemento e fios, Fusível e disjuntor, Aparelhos
- Corrente I 0,5–4 A
- Resistência R 2–10 Ω
- Massa de água m 100–500 g
- Tempo de aquecimento t 60–600 s
- Copo sem isolamento
Perguntas para explorar
- Quando I sobe de 2 A para 4 A sem mudar R, m e t, por qual fator ΔT aumenta?
- Calcule o calor específico c da água a partir de uma medida. Sem isolamento, o valor fica maior ou menor?
- Qual é a menor corrente de carga que derrete um fusível de 10 A em 60 s, e quanto tempo o disjuntor de 10 A leva nessa corrente?
