Sabemos que:
energia
Potência = –––––––– logo E = P . t
tempo
Portanto, quanto maior for a potência de um aparelho eletrodoméstico e
quanto maior for o tempo em que ele permanecer ligado, maior será a quantidade de energia elétrica utilizada (transformando-a em outras formas). O
valor registrado no medidor equivale à soma das energias utilizadas, durante
um certo período, pelos aparelhos instalados na casa.
Essa energia poderia ser medida em joules (unidade do SI). Em praticamente
todos os países do mundo, entretanto, as companhias de eletricidade usam
medidores calibrados em kWh.
Um kWh é a quantidade de energia com potência de 1kW que é transformada,
no intervalo de 1h.
Relação entre o kWh e o J: 1kWh = 3,6.106J
Em eletrodinâmica, a quantidade de energia elétrica transformada em outra
modalidade de energia, por unidade de tempo, é denominada potência
elétrica.
Para calcularmos essa potência, suponhamos que o motor mostrado esteja
funcionando durante um tempo t e que, durante esse tempo, uma carga q
tenha passado através do motor, de A para B (transportada pela corrente i).
Sendo τ o trabalho realizado sobre essa carga (energia transferida a ela),
Exercício comentado
Na casa de um aluno do aprovar, em são Gabriel da Cachoeira, no
Amazonas, há um aquecedor elétrico, de água, cuja potência é P
= 500W e que permanece ligado durante um tempo t = 4h diariamente. Determine, em kWh, a quantidade de energia elétrica que
esse aquecedor utiliza por dia.
Solução:
τ
sabemos que: ––– ⇒ τ = q.U
q
Figura 2. Os motores elétricos
são dispositivos que transformam energia elétrica em energia
mecânica.
Como a energia τ da carga
é transformada em energia
mecânica no motor, se dividirmos τ pelo tempo t teremos a potência procurada
(τ/t = P). Então:
Para obter a resposta em kWh, devemos expressar P em kW e t em horas.
Como 1kW = 1000W, é claro que P = 0,5kW. Então, de E = P.t, vem:
E = 0,5kWx4h ⇒ E = 2kWh (por dia)
Sabendo-se que o custo de 1kWh de energia elétrica é R$ 0,10, quanto
deveria ser pago à companhia de eletricidade pelo funcionamento desse
aquecedor, nas condições mencionadas, durante 30 dias?
A energia total utilizada pelo aquecedor seria:
ET = 30 x 2kWh ou ET= 60kWh
O preço solicitado seria, então:
60 x R$ 0,10 = R$6,00
τ
q
––– ⇒ τ = q.U ⇒ Como –––= i, vem: P = i . U
q
t
Um aparelho elétrico, submetido a uma diferença de potencial U, percorrido
por uma corrente i, desenvolve uma potência P dada por: P = i . U
Como toda grandeza física, a potência elétrica tem a sua unidade que, no SI,
é o watt (W). Então : 1W = 1V . 1A
REPRESENTAÇÃO NO CIRCUITO
Exercício comentado
Os disjuntores que substituem os fusíveis têm a vantagem de não se queimarem em caso de sobrecarga de energia, ou curto-circuito, pois desligam
o circuito automaticamente.
Um motor, semelhante àquele da figura 2 usado para acionar uma
bomba de elevação de água, funciona ligado a uma voltagem U =
120V e é percorrido por uma corrente i = 6A. Qual é a potência desse
motor?
Dispositivos de controle
São utilizados nos circuitos elétricos para medir a intensidade da corrente
elétrica e a ddp existentes entre dois pontos ou, simplesmente, para detectá-las. Os mais comuns são:
Amperímetro: Aparelho que serve para medir a intensidade da corrente
Solução:
De P = i . U, obtemos:
P = 6 x 120 ⇒ P = 720W
Observe que, como estamos usando unidades do SI (volt e ampère), a
potência é expressa nesse mesmo sistema (watt). O resultado P = 720W =
720J/s significa que motor realiza um trabalho de720J em cada 1s ao acionar
a bomba.
elétrica. Representação:
Voltímetro: Aparelho utilizado para medir a diferença de potencial entre
dois pontos de um circuito elétrico. Representação:
2. O EFEITO JOULE
É um fato conhecido que, quando uma corrente elétrica passa em uma resistência, ela se aquece. Esse fenômeno, denominado efeito joule, pode ser observado na figura 3(a) que mostra um filamento metálico (uma resistência) aquecido, até apresentar-se avermelhado, pela passagem de uma corrente elétrica.
Galvanômetro: Aparelho utilizado para indicar a passagem da corrente ou
a existência de uma ddp. Reprentação:
Nos terminais de um resistor
ôhmico, aquele que obedece às leis
de ohm, sabemos que a d.d.p. (U) é
calculada pela relação U = R.i.
Então, a potência elétrica pode ser
dada por: Pe = R.i.i → Pe = R.i2
5. Valores Nominais
Em geral, os aparelhos elétricos possuem inscrições dos fabricantes indicando
os valores da potência e da tensão a que devem ser submetidos. Esses
valores são chamados de nominais. Por exemplo, ao ler em uma lâmpada a
inscrição 40W – 110V significa que, submetida a uma d.d.p de 110V, a
lâmpada transformará, por segundo, 40J de energia elétrica em luz e calor.
A luminosidade ou brilho da lâmpada relaciona-se com tensão à qual for
ligada:
a) tensão nominal → brilho normal;
b) tensão menor que a nominal → brilho menor que normal;
c) tensão maior que a nominal → brilho maior que o normal: a lâmpada
pode queimar-se.
U
U2
Como i = ––– , vem que: Pe = U.i. Logo, Pe = –––
R
R
Essas últimas expressões são chamadas de potência dissipada.
3. MEDIDA DA ENERGIA ELÉTRICA USADA EM UMA RESIDÊNCIA
Na entrada da eletricidade de um residência existe um medidor, instalado
pela companhia de eletricidade (procure observar o medidor de sua
residência). O objetivo desse aparelho é medir a quantidade de energia
elétrica usada na residência durante um certo tempo (normalmente 30 dias).
14