iências da Natureza
ES
SUAS
UAS TE
ECN
CNO
OLOGIAS
LOG
GIIAS
Ficha de Estudo
65
Tema
Qualidade de vida das populações humanas
Tópico de estudo
Potências elétricas.
Entendendo a competência
Competência 2 – Identificar a presença e aplicar as tecnologias associadas às ciências naturais em diferentes contextos.
Vivemos num mundo tecnológico onde produtos e processos são lançados com extrema rapidez. Quando se fala em
tecnologias associadas às ciências naturais, muitas delas existem para proteger o consumidor. Quando se compra
combustível em um posto de abastecimento estamos comprando um produto de qualidade, um produto que foi obtido
por processos altamente complexos e padronizados. Muitas vezes conseguindo identificar e aplicar as tecnologias associadas a esses produtos podemos evitar fraudes, por exemplo. Procure algo de seu interesse e pesquise, veja como
ele foi produzido, que tecnologias foram empregadas. E da próxima vez que for comprar um produto aplique o que você
aprendeu.
Desvendando a habilidade
Habilidade 5 – Dimensionar circuitos ou dispositivos elétricos de uso cotidiano.
O nosso mundo atual depende fortemente da eletricidade. Tente se lembrar do transtorno que ocorre com a falta luz.
Dessa forma, saber dimensionar circuitos elétricos, mesmo os mais básicos, é uma habilidade de extrema importância.
Perceba que essa habilidade é essencial para a escolha de aparelhos a serem comprados. Uma boa forma de trabalhar
essa habilidade é utilizar o seu cotidiano. Sempre que possível, veja como os aparelhos são ligados na rede elétrica,
analise as contas de energia elétrica e investigue em sites das distribuidoras de energia elétrica quais são os parâmetros
importantes na distribuição de energia.
Situações-problema e conceitos básicos
Você conhece casas em que, quando dois chuveiros são ligados simultaneamente, a chave de proteção se abre e
falta luz? Você sabe explicar o motivo desse fato? Propomos que você escreva no espaço a seguir a sua explicação
para isso. Depois, vamos discutir os modelos da eletricidade e você poderá rever o que escreveu.
Pegue um chuveiro e observe bem as os dados apresentados. Por exemplo, veja o chuveiro a seguir.
Extraído de http://www.da-educa.com/2010/04/prova-senai-2014.html. Acesso em 13.mai.2012.
Curso Pré-ENEM
16
Ciências da Natureza
O que os valores significam?
A primeira informação relevante é “220V”, ou seja, esse chuveiro foi feito para funcionar corretamente em 220
volts. Essa é a chamada tensão nominal. Esse conceito essencial representa a quantidade de energia que cada carga elétrica é capaz de transferir ao sistema. A unidade de carga, chamada coulomb, corresponde a um grupo de
6,25 × 1018 elétrons! Pois bem, cada grupo como esse consegue fornecer 220 joules de energia ao chuveiro. Note que,
por se tratar de algo relacionado com a energia, a tensão (diferença de potencial) pode ser entendida como aquilo
que ajuda na movimentação das cargas ao longo de um circuito. Vamos representar a tensão pela letra U.
A segunda informação é relativa à potência (P) do aparelho. Nesse caso, há dois valores indicados: 6 600W e 4 400W.
Vamos discutir o porquê dos dois valores mais à frente. Mas, agora, vamos nos concentrar no conceito de potência.
Todo aparelho elétrico transforma parte da energia elétrica recebida de uma fonte (pilha, bateria, rede elétrica,
etc) em outras formas de energia. No caso do chuveiro, essa outra forma de energia é térmica. Dessa forma, os chuveiros são classificados, genericamente, como resistores. A quantidade de energia transformada em cada segundo
é chamada de potência e deve ser medida em watts. Assim, dependendo da ligação, o chuveiro pode transformar,
de energia elétrica em térmica, 6 600 joules ou 4 400 joules de energia a cada segundo. Note que, no primeiro caso,
a água deve sair mais quente do que no segundo caso, se você abrir a torneira da mesma forma.
A figura a seguir mostra um chuveiro em seu interior. Perceba onde entra a água fria e a posição do resistor (que
está sendo chamada de resistência elétrica).
Extraído de http://www.suzuki.arq.br/unidadeweb/aula%2011/aula11.htm. Acesso em 15.mai.2012.
Mas, de que maneira um aparelho como esse pode apresentar duas potências? Quando você altera a chave do
chuveiro, alterando entre as indicações “água quente” e “água morna”, o que, exatamente, está sendo feito?
O resistor do chuveiro pode ser ligado à rede elétrica de duas formas diferentes. O ponto C é fixo, mas a chave
seletora pode ser colocada no ponto A ou no ponto B.
Você consegue perceber que, quando a ligação é feita no ponto A, o comprimento do resistor utilizado (entre A e
C) é menor do que quando a ligação é feita no ponto B (entre B e C)? Essa diferença de comprimento está associada
à diferença de potência. Qual das duas formas de ligação corresponde à posição “água quente”?
Em ambas as ligações, a tensão elétrica é a mesma, pois a ligação foi feita à rede elétrica. No caso, o chuveiro foi
ligado à rede de 220V.
Curso Pré-ENEM
17
Ciências da Natureza
Agora, acompanhe o raciocínio. Se a quantidade de energia que cada carga fornece ao chuveiro é a mesma, só
existe uma maneira de termos potências diferentes: no caso da maior potência, o chuveiro deve ter maior quantidade de cargas transferindo energia a cada segundo. É como se cada carga “pagasse um pedágio” para atravessar
o chuveiro. Quanto mais cargas, maior a arrecadação! Essa quantidade de cargas que se move em cada segundo
em cada região recebe o nome de intensidade da corrente elétrica e é representada pela letra i. Matematicamente,
P
podemos escrever, então, que i = .
U
Resta, ainda, uma última pergunta: o que faz a intensidade da corrente ser diferente? Já dissemos que a tensão
favorece a movimentação da corrente. Mas, há outra grandeza, chamada resistência elétrica (R) que funciona como
uma espécie de impedimento à passagem da corrente. Se você mantiver a tensão constante, como é o caso que estamos estudando, quanto maior a resistência do fio, menor a corrente elétrica. Escrevendo de outra forma, temos
U
que R = . Nessa situação, com a tensão em volts e a intensidade da corrente em ampères, a resistência terá como
i
unidade o ohm ( ).
No chuveiro, essa variação da resistência é conseguida com a alteração do comprimento. Você já pode concluir,
então, que o comprimento do fio utilizado é proporcional à resistência. Na verdade, além do comprimento, a resistência também depende da área da seção do fio (A) e de uma propriedade do material de que é feito o fio, chamada
L
resistividade (!). A expressão é R = !" .
A
Quando um engenheiro eletricista faz o projeto elétrico de uma residência, ele deve planejar qual a corrente elétrica máxima que cada parte irá receber e, com isso, projetar qual a espessura (bitola) da fiação para suportar essa
corrente. Mas, para garantir que correntes mais intensas do que o planejado não circulem o circuito, são colocados,
nas residências, os disjuntores. Cada disjuntor suporta um valor máximo de corrente elétrica e, se esse valor for
superado, o disjuntor desarma (abre o circuito e impede a passagem da corrente).
Então, agora, você pode voltar ao texto que você escreveu no início dessa aula e verificar se o que foi pensado
por você está de acordo com o que discutimos.
Curso Pré-ENEM
18
Ciências da Natureza