Modelo para entender o efeito joule

Por que será que o filamento de uma lâmpada incandescente ou um fio esquenta quando é percorrido por uma corrente elétrica?

Quando conectamos um fio ou uma resistência aos polos de uma bateria, um campo elétrico atua juntamente aos elétrons e prótons do fio. Sabe-se, no entanto, que no metal os prótons não se deslocam sob a ação do campo elétrico porque estão presos aos núcleos atômicos, que, por sua vez, estão interagindo entre si.

Ao contrário dos prótons, os elétrons adquirem aceleração e começam a se deslocar dentro do fio. Dessa forma, quando se aproxima de um íon pertencente à rede cristalina, um elétron livre sofre, rapidamente, uma mudança em sua trajetória, que pode ser interrompida como um choque. Com isso, parte da energia que o elétron inicialmente recebeu se transfere para a rede cristalina.

Mas antes do choque podemos dizer que o elétron transforma energia potencial elétrica em energia cinética (energia do movimento), fazendo, então, com que sua velocidade aumente. Quando acontece a colisão, parte da energia é transferida também para a rede cristalina, que, por sua vez, passa a vibrar com mais intensidade, resultando, assim, em um aumento de temperatura do metal.

O metal aquecido, por sua vez, transfere parte dessa energia térmica para o ambiente, que está a uma temperatura mais baixa. O resultado final é a transformação da energia potencial elétrica da fonte em térmica: o efeito joule.

A transformação de energia potencial elétrica em energia térmica será maior quanto maior for a tensão nos terminais da fonte. Por essa razão, um chuveiro fabricado para funcionar em 220 V aquece menos a água se instalado em 110 V.