Fórmulas de potência elétrica são medidas através da sua relação com os resistores e condutores, também é utilizado o efeito joule.
Saber utilizar as fórmulas de potência elétrica em provas é uma coisa, mas você sabia que essas fórmulas também podem ser utilizadas no seu dia a dia? Seja para medir o consumo de aparelhos elétricos ou até mesmo para checar a conta de luz no fim do mês.
Você já deve ter notado que os aparelhos elétricos que temos em casa possuem algumas descrições que especificam certos itens, como, por exemplo, na figura 1: um secador de cabelo que possui potência de 2100 W e uma voltagem de 220V.
Mas, o que essas inscrições querem dizer exatamente? O que devemos considerar na hora de comprar um aparelho elétrico? Na aula de hoje falaremos sobre a potência elétrica e suas principais fórmulas.
Secador de cabelo, com potência elétrica de 2100W.
Como identificar a potência elétrica
Como comentamos no início da aula, os aparelhos elétricos trazem descrições que especificam alguns itens, entre eles, o consumo de energia elétrica. No caso do secador da figura 1, temos os valores de 220V e 2100W. Isso significa que, se for ligado a uma tomada de 220V, ele consumirá uma potência de 2100W.
Para entender como empregar as fórmulas de potência elétrica precisamos entender que o conceito de potência é ligado não apenas à elétrica. Mas, de uma forma mais geral há outros tópicos que são estudados na Física, como em Mecânica, por exemplo, onde ela aparece ligada à realização de trabalho durante um intervalo de tempo.
Definindo potência elétrica e potência Joule
Com isso vale ressaltar que, independente do assunto, a potência elétrica é definida como a realização de determinado trabalho em um intervalo de tempo, e que o trabalho é associado à transformação de energia.
Assim, de maneira geral, quando identificamos a potência de um aparelho, ela nos fornece a informação sobre transformação de energia que ele realiza por unidade de tempo. No exemplo acima, a potência de 2100 W do secador indica que, a princípio, ele converte 2100 J (Joules) de energia elétrica em energia térmica (para secar o cabelo) a cada segundo.
Essa informação nos permite avaliar o consumo dos aparelhos domésticos responsáveis pelo valor da conta de energia elétrica que pagamos todo mês.
Potência em condutores e resistores
Antes de entendermos como a potência elétrica acontece vamos definir o que é um resistor. Ele é um material que possibilita a passagem de corrente elétrica em um condutor qualquer. Agora vamos considerar um condutor ou resistor que fornecerá uma certa resistência a sua passagem.
Ilustração sobre como a composição do material fornece uma resistência a passagem dos elétrons (corrente elétrica).
Fórmulas da potência elétrica
O movimento ordenado da corrente elétrica, ocorre em virtude do trabalho exercido pela força elétrica. Esta, por sua vez, atua em cada portador de carga no interior do condutor. Nesse caso, as fórmulas de potência elétrica são dada pela razão entre o trabalho executado pelo sistema e o intervalo de tempo.
P = t / Δt
O trabalho realizado pela força elétrica sobre uma carga é determinado pelo produto da diferença de potencial U pela quantidade de carga ΔQ, assim:
t = ΔQ . U
Com isso, para um conjunto ΔQ de portadores de cargas que define a corrente elétrica ΔQ=i.Δt temos:
t = ΔQ . U = i . Δt . U
Com a relação acima, podemos escrever a potência elétrica como:
P = t / Δt = (i . Δt . U) / Δt = i . U
Portanto,
P = U . i
Assim a potência elétrica P, é igual à voltagem U multiplicada pela intensidade da corrente elétrica i.
O efeito Joule e a potência dissipada
Quando a corrente elétrica circula através de resistores ou condutores, damos o nome de efeito Joule. Assim como no exemplo do secador que usamos acima essa ação sempre provoca o aquecimento deles.
Dessa forma, dizemos que houve a conversão de energia elétrica em energia térmica, principalmente por ser emanada para o ambiente em forma de calor. Ou seja, a potência calculada anteriormente é, em grande parte, dissipada na forma de calor. Então chamamos isso de Potência dissipada, pois ocorre no interior dos condutores e resistores.
No Sistema Internacional de Unidades (SI), a unidade de potência é o watt (W), em que 1W = 1J/1s, podendo ser escrita alternativamente como 1W = 1V . 1A.
Fórmulas úteis para o cálculo da potência dissipada
Podemos escrever a expressão da potência elétrica dissipada em um resistor de outras duas maneiras, utilizando para isso a lei de Ohm. Assim, pela expressão U = R.i, substituindo na expressão da potência, temos:
P = u . i – R . i . i
P = R . i²
ou
P = U . i = U . (U / R)
P = U² / R
Essas são expressões são úteis e servem como uma alternativa para o cálculo da potência dissipada em resistores ôhmicos. Não se esqueça delas pois você poderá utilizar muito no Enem.
Com essas expressões, podemos observar, por exemplo, que a potência de um resistor depende de um fator próprio. Assim podemos dizer que sua resistência elétrica, é de um fator externo a ele pois é referente ao circuito. Portanto chegamos ao resultado referente a intensidade de corrente elétrica que o atravessa ou a tensão elétrica a que está submetido.
Lâmpada incandescente, a potência dissipada na lâmpada, pelo efeito Joule, a leva a aquecer e emitir luz.
Potência de efeito Joule
A lâmpada de filamento ou incandescente, é um exemplo de como a energia elétrica se transforma em energia térmica e luminosa. Por exemplo, para uma lâmpada com especificações de 40 W e 127 V, devemos ter em mente que ela trocará energia com o meio. Mas isso só acontecerá se ela estiver ligada a uma tensão elétrica de 127 V, resultando assim em uma potência de 40 W, ou seja, 40 J/s (joules por segundo).
É comum utilizarmos como unidade de energia elétrica o quilo-watt-hora. Este por sua vez pode ser entendido como a energia E transferida ou transformada por um sistema de potência constante de um quilowatt durante um intervalo de tempo de uma hora.
P = E / Δt
E = P . Δt
1kWh = 1.000W . 3600s = 3600000J
Essa unidade é utilizada no consumo de instalações elétricas por ser uma unidade muito maior que a unidade joule. A expressão também nos auxilia no cálculo da energia consumida por um aparelho. Mas para isso é preciso conhecer a potência dissipada pelo aparelho e quanto tempo ele fica ligado.
Desafio você a observar a potência de um aparelho elétrico em sua casa, que é utilizado com frequência. A partir disso experimente calcular a energia gasta pelo mesmo o espaço de um mês. Bora lá?
Videoaula
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Exercícios
1. (IFSP)
Ao entrar em uma loja de materiais de construção, um eletricista vê o seguinte anúncio:
ECONOMIZE: Lâmpadas fluorescentes de 15 W têm a mesma luminosidade (iluminação)
que lâmpadas incandescentes de 60 W de potência.
De acordo com o anúncio, com o intuito de economizar energia elétrica, o eletricista troca uma lâmpada incandescente por uma fluorescente e conclui que, em 1 hora, a economia de energia elétrica, em kWh, será de
a) 0,015.
b) 0,025.
c) 0,030.
d) 0,040.
e) 0,045.
2. (PUC MG)
A geração de energia elétrica através da luz se dá pelo uso de células fotossensíveis, chamadas de células solares fotovoltaicas. As células fotovoltaicas em geral são constituídas de materiais semicondutores, com características cristalinas e depositadas sobre sílica. Essas células, agrupadas em módulos ou painéis, compõem os painéis solares fotovoltaicos. A quantidade de energia gerada por um painel solar é limitada pela sua potência, ou seja, um painel de 145 W, com seis horas úteis de sol, gera aproximadamente 810 Watts por dia.
Fonte http://www.sunlab.com.br/Energia_solar_Sunlab.htm
Assinale o número de horas em que o painel acima consegue manter acesa uma lâmpada fluorescente de 9 Watts.
a) 9 h
b) 18 h
c) 58 h
d) 90 h
e) 48 h
3. Sobre um resistor de 100 Ω passa uma corrente de 3 A. Se a energia consumida por este resistor foi de 2Kwh, determine aproximadamente quanto tempo ele permaneceu ligado à rede.
a) 15h
b) 1,5h
c) 2h
d) 3 h
e) 6h
Gabarito:
1) E 2) D 3) C
