Quando uma corrente elétrica passa através de um resistor, ela perde energia, transformando a energia perdida em energia térmica no resistor. A corrente elétrica perde energia cinética, energia potencial ou uma combinação das duas? Explique.
Passo 1
O enunciado pergunta se, ao atravessar um resistor, a corrente elétrica (isto é, os portadores de carga) perde energia cinética, energia potencial ou as duas, transformando essa energia em calor. O conteúdo é o efeito Joule e a conservação de energia elétrica. Vamos usar os conceitos de velocidade de arraste, diferença de potencial e trabalho da força elétrica para entender qual forma de energia é dissipada.
Passo 2
Dentro de um condutor com resistência, os elétrons têm uma velocidade média de arraste
muito pequena e, em regime estacionário, essa velocidade permanece praticamente constante. Ou seja, a energia cinética média de cada elétron não varia: quando ele acelera entre colisões com a rede cristalina, logo em seguida colide e retorna à média. Logo, não há variação líquida de energia cinética.
Passo 3
Em contrapartida, existe uma diferença de potencial
aplicada ao resistor. Cada elétron de carga
“cai” nesse campo elétrico, perdendo energia potencial elétrica. O trabalho realizado pela força elétrica sobre um elétron ao atravessar o resistor é
que em módulo vale
. Essa energia deixa de ser potencial e vai para as vibrações da rede (calor).
Passo 4
A potência dissipada no resistor é
mostrando que toda a energia fornecida pela diferença de potencial
e pela corrente
sai em forma de calor, fruto da perda de energia potencial elétrica dos elétrons. A energia cinética média deles permanece praticamente inalterada.
Resposta
A corrente elétrica perde energia potencial elétrica, que é convertida em energia térmica. A variação de energia cinética dos elétrons é desprezível.