1. Entender o aquecimento que ocorre nos materiais devido aos choques dos elétrons com imperfeições da rede.
2. Saber como a corrente num filamento de uma lâmpada pode ser convertida em calor e luz.  
3. Conhecer as aplicações do efeito joule em nosso cotidiano.

1. condutores
2. corrente elétrica
3. circuitos simples

A. Que cheiro estranho, pode estar ocorrendo um efeito joule por ai.

Nesta aula os alunos entenderão como funcionam diversos aparelhos elétricos que são resistivos, como o chuveiro, o ferro elétrico, uma torradeira, um secador elétrico. Nestes aparelhos a energia elétrica é transformada em calor. Isso é chamado de Efeito Joule.

Figura 1. Aparelhos resistivos, a chapinha de alisar o cabelo. Imagem obtida do endereço:
 http://3.bp.blogspot.com/_sBXst-Z-O04/TBTrj_n4PhI/AAAAAAAAAA8/ks8Idae7_a0/s1600/chapinha.jpg 

B. Texto: "O Efeito Joule"

Inicie esta aula distribuído o texto “O Efeito Joule” obtido do endereço: http://www.efeitojoule.com/2008/04/efeito-joule.html  

Figura 1 Uma lâmpada incandescente, em seu funcionamento, transforma energia elétrica  em calor por efeito joule, após atingir certa temperatura passa a emitir luz.
Imagem obtida do site: http://www.brasilescola.com/upload/e/lampada(1).jpg 

Atividade 1. Discussão e estudo do texto "O Efeito Joule"

Forme pequenos grupos de aluno e entregue o texto, “O Efeito Joule”, para que extraiam informações que possam dar base na discussão das seguintes afirmações. Após a leitura do texto, realizada em cada grupo, um debate sobre o efeito Joule, deve ser feito, onde um dos alunos será o mediador. O mediador do debate lança, na sequência, cada uma das  afirmativas e os participantes dos grupos terão um tempo, estipulado pelo medidor, para argumentarem a favor da validade da afirmativa. No final o debatedor terá a função de fechar a questão concluindo as argumentações, quando necessário, nesta hora o professor fará as intervenções. 

Afirmativas Verdadeiras:

1. O calor gerado nos aparelhos elétricos é devido a passagem de corrente por um resistor.
2. Os aparelhos que precisam da transformação de eletricidade em calor são chamados aparelhos resistivos.
3. O efeito que ocorre a transformação de eletricidade em calor é denominado de efeito joule.
4. O ferro elétrico, a torradeira e o chuveiro são alguns dos aparelhos que funcionam por efeito joule.   

Atividade 2 – Realizando uma demonstração do efeito joule

2.1. Distribua para cada grupo os seguintes materiais:  

1. uma pilha grande de 1,5 volts  
2. dois fios flexível fino de aproximadamente 15 cm cada
3. uma esponja de aço fina
4. uma pequena fita de papel alumínio de 1x10 cm.

2.2. Demonstração:

Faça a demonstração do efeito joule de acordo com as instruções abaixo, a experiência foi sugerida pelo Professor Rafael e pode ser obtida no site:http://fisicasemacento.blogspot.com/2010/05/efeito-joule.html   . Esta demonstração evidencia duas situações simples em que o aluno pode verificar a produção de calor ocasionada pela passagem de corrente elétrica.

2.2.1. Observação pelo Tato.

• Uma das maneiras que temos para a verificação do Efeito Joule é usando o sentido do tato.
• Para isso basta construir um circuito elétrico muito simples, composto de uma fita de papel alumínio e uma pilha comum de 1,5 volts.
• Ao ligar as duas extremidades da fita de papel alumínio nos pólos da pilha, estabelece-se uma corrente elétrica.
• Depois de um certo tempo a fita se aquece devido à passagem da corrente elétrica.
• Este aquecimento é pequeno e só é possível verificá-lo usando o sentido do tato, numa região do corpo sensível a pequenas temperaturas.

2.2.2.  Observação por incandescência de uma esponja de aço.

• Outra maneira de se demonstrar o Efeito Joule.
• Use uma pilha e um pedaço da esponja de aço, colocado na forma de um fio esticado.
• Ligue o fio de esponja de aço nas extremidades de uma pilha grande, de 1,5 Volts.
• Ao se encostar as extremidades livres dos fios em um pedaço de esponja de aço fina, a esponja de aço é aquecida, pelo efeito Joule, e incandesce, queimando toda.
• A corrente elétrica em um filamento de palha de aço o aquece.
• Por ele ser muito fino, ele então queima.
• Como a palha de aço é um emaranhado de filamentos, um queima o outro sucessivamente até que todo o pedaço de palha esteja queimado. 

Figura 2. Ilustração de uma demonstração do efeito joule, que pode realizada em sala de aula com material simples. Imagem obtida do site:
http://2.bp.blogspot.com/_gmO7jwbpyTA/S_FLLFYagsI/AAAAAAAAADI/3-znIYOdGWc/s1600/fig2.jpg 

Dando sequência a atividade,  logo após a realização da demonstração do efeito joule, na sala de aula, peça aos alunos que elaborem uma conclusão para o observado nesta experiência. Explicando o porque da fita aquecer e porque da esponja de aço entrar em combustão. Lembre aos alunos que tanto a fita quanto a esponja foram ligadas diretamente aos pólos do gerador, gerando uma corrente elétrica de intensidade máxima. Chamada de corrente de curto circuito.

Atividade 3 – O efeito Joule microscopicamente.

3.1 Apresentação do Filme sobre o efeito Joule

Use a sala de informática ou a sala de projeção para exibir o filme “FÍSICA ANIMADA - EFEITO JOULE” (6 min), que pode ser acessado pelo endereço:
http://www.youtube.com/watch?v=9_wzVs3sZDQ  Neste filme, são apresentadas diversas situações em que o efeito joule pode ser verificado e uma explicação detalhado sobre este efeito é apresentada e com muitos exemplos além do que foi  realizado na experiência proposta na atividade 2 .

3.2. Quantificando o Efeito Joule 

3.2.1 Leitura do texto "Lei de Joule"

• Forme pequenos grupos de aluno e  distribua para os grupos o texto seguinte, ”Lei de Joule”.
• Este texto descreve o aquecimento de um condutor ao ser atravessado por corrente e ressalta a necessidade de cada fio ter uma espessura adequada,  de acordo com a corrente que irá atravessá-lo.
  O texto pode ser acessado no endereço: http://www.univ-ab.pt/formacao/sehit/curso/riscos/uni1/joule.html  . Nele é informado a espessura mínima que cada fio deve ter para que transporte a determinada corrente sem ocorrer grande aquecimento e provocar danos a rede elétrica.

Figura 3 .Torres de transmissão da rede elétrica entre a hidroelétrica e a subestação. Trecho aonde ocorre uma grande perda por efeito joule.
Imagem obtida do site: http://www.fis.uc.pt/data/20092010/ozonedata/adescoberta/obj.b.0.0.4.jpeg    

3.2.2  Discussão sobre o efeito Joule nos condutores.

•  Os grupos tiveram um tempo para realizarem a leitura e anotarem as principais informações do texto: ”Lei de Joule” para que possam dar base na discussão das seguintes afirmações.
• Após a leitura do texto, realizada em cada grupo, promova outro debate nos moldes do que foi realizado na atividade 1, mas com enfase em aplicações.
• Um dos alunos será o mediador.
• O mediador do debate lança, na sequência, cada uma das  afirmativas e os participantes dos grupos terão um tempo, estipulado pelo medidor, para argumentarem a favor da validade da afirmativa.
• No final o debatedor terá a função de fechar a questão concluindo as argumentações, quando necessário, nesta hora o professor fará as intervenções. 

As afirmações que seguem são sobre o que ocorre quando os elétrons atravessam um material, provocando aquecimento ou efeito joule. Crie argumentos que possam reafirmar estas hipóteses.

Afirmações verdadeiras:

1. Num circuito, a corrente ao atravessar um resistor encontra imperfeições na sua rede cristalina e os elétrons, ao colidirem  com estas imperfeições,  perdem energia cinética que se transforma em calor.
2. Os fios condutores podem se aquecer ao serem atravessados por corrente elétrica.
3. Quando dois fios de espessura diferentes são atravessados por uma mesma corrente, os fios mais finos aquecerão mais que o mais espesso.
4. Os elétrons ao atravessarem fios mais finos colidem mais com as imperfeições da rede do que quanto atravessam fios mais espessos.
5. Para cada intensidade de corrente é necessário uma espessura adequada de fio, para evitar que ocorra aquecimento por efeito joule, provocando danos a rede elétrica.
6. O efeito joule é necessário para o funcionamento de muitos aparelhos presentes em nosso cotidiano.

1. Os elétrons em um condutor movem com baixa velocidade e mesmo assim provocam aquecimento. http://www.alunosonline.com.br/fisica/velocidade-dos-eletrons-em-um-circuito-eletrico/    

Dimensionamento de condutores que transportam corrente elétrica de acordo com corrente e voltagem http://www.catep.com.br/dicas/DIMENSIONAMENTO%20DE%20CONDUTORES%20ELETRICOS.htm  

Perdas por transmissão, nos fios condutores.
http://www.fis.uc.pt/df/z/ozone.php?args___=3.5.3.1.5..7.xvo&w=1&id_obj=b.0.0.8     

Estudando o Efeito Joule, o aluno deverá ser capaz de:

1. Explicar como a corrente elétrica provoca o aquecimento ao atravessar os materiais.
2. Explicar que a corrente pode ser convertida em calor e luz, ao passar pelo filamento de uma lâmpada.  
3. Reconhecer situações em que o efeito joule é desejável.