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Eletricidade e eletromagnetismo · GCSE Physics Topic 4

Simulador da lei de Joule e aquecimento elétrico

Simulador da lei de Joule e efeito Joule: Q = I²·R·t e calor gerado por corrente

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Cálculo local · Privado
Laboratório interativo de ciências Cálculos matemáticos e físicos puramente locais no navegador sem coleta de dados pessoais.
Janela de simulação 3D● 60 FPS
Predefinições e armadilhas comuns:

Variáveis de controle do experimento

A
Ω
Ω
s

Deduções e métricas em tempo real

Calor da resistência Q
--
Calor no fio Q
--
Potência da resistência P = I²R
--
Estado do fusível
--
Dedução de fórmulas em tempo real
Fórmula fundamental: --
Substituição de valores: --
Estado físico: --

Exemplos clássicos e armadilhas de exame

Worked Problem

Problema: A 50Ω electric heater is plugged into 220V for 10 minutes. How much heat is generated?
Derivação passo a passo:
  1. For pure resistor: Q = (U²/R)*t = (48400/50)*600 = 580,800 J ≈ 581 kJ.

Worked Problem

Problema: If a broken electric blanket wire is twisted back together, why does the joint scorch and catch fire?
Derivação passo a passo:
  1. Twisted joints introduce high localized contact resistance. Equal series current concentrates intense heat via Q=I²Rt, scorching insulation.

Folha de investigação em aula e exercícios

Q1. Variant 1: Why connect two different resistors in series when investigating heat vs resistance?
Q2. Variant 2: Why are fuses made of high-resistivity low-melting-point lead-antimony? Why never copper wire?
Q3. Variant 3: How do pure resistors differ from non-pure resistors (motors) in work vs heat formulas?

Perguntas frequentes e erros comuns

When are Q = I²Rt, Q = UIt, and Q = (U²/R)t interchangeable?
Only for purely resistive loads where all electricity becomes heat. For motors or battery charging, only Q = I²Rt calculates heat correctly.
Why does the grid use ultra-high voltage (hundreds of kV) for transmission?
Power loss is P_loss = I²*R. Boosting voltage 10x drops current to 1/10x, slashing heat dissipation on power lines by 100 times (1/I²).
If a heater element is made of zero-resistance superconductor, does it generate infinite heat?
Zero heat! By Q = I²Rt, R = 0 means heat generation is strictly zero. Superconductors cannot heat, but make perfect loss-less transmission cables.
Why do computer CPUs require thermal paste and fan/water cooling heatsinks?
Billions of switching transistors generate immense Joule heat density. Without heatsinks, silicon temps exceed 100°C, causing thermal throttling or silicon destruction.