Nesta aula, vamos estudar potência elétrica e energia elétrica e como funciona a potência elétrica dissipada em resistores. Vamos fazer uma revisão do conteúdo e, ao final, vamos resolver um exercício para fixação da matéria. Acompanhe!
Potência elétrica
Quando falamos em potência, nos referimos à rapidez na transformação de energia. Independentemente da sua natureza, a potência sempre será algum tipo de energia dividida pelo tempo.
Como estamos estudando potência elétrica, teremos:
Repare, portanto, que quanto menos tempo um evento durar, maior será a potência que o aparelho deve ter.
Nesse sentido, se quisermos calcular a energia elétrica consumida por um aparelho, podemos isolar essa variável na fórmula, ficando com:
Eelétrica = Pot . Δt
Importante: o tempo que temos na fórmula é o tempo de uso do aparelho. Por exemplo: se um chuveiro elétrico funciona por 30 minutos e esse chuveiro tem 5000 W de potência, basta multiplicar.
Fique atento, porém, às unidades. Se colocarmos a potência em watt (W) e o tempo em segundo (s), teremos energia na unidade joule (J). O problema é que teremos um número muito grande.
Voltando ao exemplo do nosso chuveiro, vamos lembrar que 30 minutos são 1800 segundos. Assim, teríamos que multiplicar esse tempo pela potência de 5000 W. Nesse caso, teríamos uma energia 9000000 J. Ruim, não?
Para resolver esse problema, costumamos utilizar a unidade quilowatt-hora (kWh). Note que essa não é uma unidade de potência (que se mede em watt). Então, se quisermos medir a potência em kW e o energia em kWh, o tempo tem que, necessariamente, ser medido em horas (h).
No caso do chuveiro, ficaríamos com: E = 5kW . 0,5h = 2,5 kWh. Muito mais fácil, não é?
Potência para qualquer aparelho
Para qualquer aparelho cujo qual conheçamos a tensão elétrica (U) e a intensidade da corrente elétrica (i) que passa por ele, podemos utilizar a seguinte fórmula para calcular a potência:
Pot = U . i
Quando estivermos tratando da potência de um resistor, temos a opção de trocar a ddp (U) pela Primeira Lei de Ohm. Temos que:
U = R . i
P = U . i
Portanto:
Pot = R . i²
Outra possibilidade é isolar a corrente elétrica (i) na fórmula da Primeira Lei de Ohm e trocar na equação da potência. Teremos que:
P = U . i
Então:
Chuveiro elétrico
Dentro da aplicação da potência, é importante vermos como funciona um chuveiro elétrico, pois isso é muito cobrado nas questões de vestibulares.
O chuveito elétrico é formado por um resistor conectado a outro resistor, um menor e outro maior. Para que o resistor do chuveiro elétrico tivesse muita energia, ele deve ter muita potência. E para ter muita potência (P), seguindo o que vimos na fórmula, ele deve ter pequena resistência (R). Sempre lembrando que, como fica ligado sempre na mesma tomada, os chuveiros têm uma tensão elétrica (U) constante.
Lembremos que:
Uma vez que a tensão é constante, a resistência do chuveiro vai depender do comprimento (L). Então, para uma resistência menor, é necessário ter um comprimento menor.
Sendo assim, agora entendemos porque um chuveiro elétrico tem dois resistores: o menor tem menos resistência e, portanto, maior potência, aquecendo mais. É o que conhecemos como função inverno. Já o maior, tem mais resistência e aquece menos, pois tem menos potência. É a função verão.
Potência dissipada por resistor
A potência dissipada por um resistor pode ser representada por:
Essa potência pode vir de todas as fórmulas que vimos até agora. No entanto, ao utilizarmos na equação acima, temos que ter um cuidado maior com as unidades. A potência que vem daquelas fórmulas geralmente é em W, que é J/s.
Repare, porém, que temos o calor (Q). Ele vai depender do que vai acontecer com o material.
Ele pode ser tanto calor sensível:
Repare que temos um problema de unidade. Lembre-se de que o calor específico (c) é medido em cal/g.ºC. Então, temos que transformar: 1 cal ≅ 4,2 J. Portanto, temos que nos atentar a isso ao usar a fórmula do calor sensível.
Mas o calor também pode ser calor latente:
Novamente, temos um problema, pois o calor latente (L) é medido em cal/g. Ou seja, precisamos converter para joule (J).
Exercício de fixação sobre potência elétrica de resistores e calorimetria
Suponha que você se mude de São Paulo (SP), onde a tensão da rede elétrica residencial é 110 V, para Fortaleza (CE), onde a tensão é 220 V, e traga consigo um aquecedor elétrico. Para manter a mesma potência do aquecedor, a resistência original de 4 Ω deve ser substituído por outra, cujo valor, em Ω, é:
a) 4
b) 8
c) 16
d) 32
e) 64
RESOLUÇÃO:
Veja que o enunciado nos diz para manter a mesma potência. Então, vamos igualar a potência nova (P’) com a antiga (P). Porém, das três fórmulas de potência que vimos, qual deveríamos utilizar? A mais adequada é aquela que relaciona tensão elétrica (U) com a resistência (R). Ou seja:
Então:
P’ = P
RCE = 16 Ω
RESPOSTA: C
Para aprender mais
Para rever a matéria e a resolução de outros exercícios, você também pode assistir a esta aula:
Espero que você tenha entendido um pouco melhor sobre potência elétrica de resistores e calorimetria. E se quiser ajuda para melhorar seu nível de Física em outras matérias, entre em contato comigo e escolha o curso de Física mais adequado para você!
SAIBA MAIS
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