Ciências da Natureza e suas

Apresentação em tema: "Ciências da Natureza e suas"— Transcrição da apresentação:

1 Ciências da Natureza e suas
Tecnologias - Física Ensino Médio, 3º Ano Potência elétrica

2 INTRODUÇÃO FÍSICA, 3° Ano do Ensino Médio Potência Elétrica
No nosso cotidiano são várias as situações onde o conhecimento de Física pode nos ajudar a tomar decisões. Imagem: Lâmpada fluorecenscete / Leridant / Creative Commons Attribution-Share Alike 2.5 Generic. Imagem: Lâmpada incandescente / Ming888 / Creative Commons Attribution-Share Alike 3.0 Unported. Numa situação simples, como escolher entre uma lâmpada fluorescente e outra incandescente, ou entre duas incandescentes/fluorescentes, necessitamos de conhecimentos de física para compreendermos o seu comportamento elétrico.

3 FÍSICA, 3° Ano do Ensino Médio
Potência Elétrica Nos aparelhos elétricos a corrente elétrica transforma a energia potencial elétrica em outras formas de energia, principalmente a térmica e a mecânica. É a quantidade de energia transformada que pagamos às concessionárias de energia elétrica dos nossos estados. Imagem: Chuveiro Elétrico / Andrevruas / Creative Commons Attribution 3.0 Unported. Imagem: Ferro Elétrico / Li-sung / Creative Commons Attribution-Share Alike 3.0 Unported. Imagem: Ventilador / Jorge Barrios / Domínio Público. Dessa forma, conhecermos as características da corrente elétrica que circula em cada aparelho elétrico pode nos ajudar a escolher aquele que melhor se adequa às nossas necessidades, principalmente a financeira.

4 FÍSICA, 3° Ano do Ensino Médio Potência Elétrica
A cena da fotografia mostra pessoas numa seção de aparelhos elétricos de uma loja. No primeiro plano uma mulher levando uma televisão. Provavelmente existem outras marcas que possuem as mesmas funções da marca que ela escolheu. Qual terá sido o fator determinante para a compra dessa marca de televisão? E no seu caso, que fator você levaria em consideração? Preço? Marca? Condições de pagamento? Design? Potência elétrica?

5 POTÊNCIA DA CORRENTE ELÉTRICA
FÍSICA, 3° Ano do Ensino Médio Potência Elétrica POTÊNCIA DA CORRENTE ELÉTRICA Você já esteve em contato com conceito de POTÊNCIA quando estudou o conceito de ENERGIA na MECÂNICA. Em eletricidade, a potência da corrente elétrica tem o mesmo significado. Observe a animação. A carga elétrica recebe uma certa quantidade de energia potencial elétrica “armazenada” no campo elétrico estabelecido no interior do condutor. Quando a carga elétrica começa a circular pelo condutor (corrente elétrica) ao passar na lâmpada, devido ao efeito Joule, a energia potencial elétrica é transformada em Calor num determinado intervalo de tempo.

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7 EXEMPLOS FÍSICA, 3° Ano do Ensino Médio Potência Elétrica
Qual a potência necessária para fazer girar um motor elétrico, cuja tensão é de 220 volts e a corrente necessária é de 20 ampères? 2. Entre as inúmeras recomendações dadas para a economia de energia elétrica em uma residência, destacamos as seguintes: Substitua lâmpadas incandescentes por fluorescentes compactas. Evite usar o chuveiro elétrico com a chave na posição "inverno" ou "quente". Acumule uma quantidade de roupa para ser passada a ferro elétrico de uma só vez. Evite o uso de tomadas múltiplas para ligar vários aparelhos simultaneamente. Utilize, na instalação elétrica, fios de diâmetros recomendados às suas finalidades. A característica comum a todas essas recomendações é a proposta de economizar energia através da tentativa de, no dia a dia, reduzir: a) a potência dos aparelhos e dispositivos elétricos; b) o tempo de utilização dos aparelhos e dispositivos; c) o consumo de energia elétrica convertida em energia térmica; d) o consumo de energia térmica convertida em energia elétrica; e) o consumo de energia elétrica através de correntes de fuga.

8 VALORES NOMINAIS FÍSICA, 3° Ano do Ensino Médio Potência Elétrica
Em eletricidade a potência elétrica passou a ser uma grandeza muito útil porque permite medir o consumo de energia potencial elétrica de qualquer aparelho elétrico. Assim os fabricantes de lâmpadas, ferros elétricos, chuveiros elétricos etc., passaram a especificar em seus produtos pelo menos dois valores, chamados de valores nominais que são: Tensão nominal ou ddp (U) – tensão da rede para a qual o produto foi fabricado; Potência nominal(P) – potência consumida pelo aparelho. Ao colocarmos um aparelho em funcionamento devemos observar que: 1) Se a rede elétrica, na qual o aparelho vai ser ligado, apresentar uma ddp menor que a ddp nominal do aparelho, este funcionará em condições abaixo do normal. O aparelho funcionará desenvolvendo uma potência abaixo da potência nominal, ou seja, o funcionamento do aparelho é abaixo do normal.

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2) Sendo a ddp da rede elétrica igual à ddp nominal do aparelho, este funciona em condições normais. 3) Finalmente, se a ddp da rede elétrica for maior que a ddp nominal do aparelho elétrico, este sofrerá superaquecimento, podendo, em função do tempo de funcionamento, fundir, o que significa queima do aparelho. Imagem: Chuveiro Elétrico / Andrevruas / Creative Commons Attribution 3.0 Unported. Imagem: Lâmpada incandescente / Ming888 / Creative Commons Attribution-Share Alike 3.0 Unported. Imagem: Lâmpada incandescente / Ming888 / Creative Commons Attribution-Share Alike 3.0 Unported.

10 FÍSICA, 3° Ano do Ensino Médio
Potência Elétrica CÁLCULO DA ENERGIA ELÉTRICA

11 Atividade especial adaptada – conta de energia elétrica
FÍSICA, 3° Ano do Ensino Médio Potência Elétrica Atividade especial adaptada – conta de energia elétrica Pedro mora com mais três amigos em uma “república”. Na tabela abaixo estão listados os aparelhos elétricos existentes na casa e as horas de uso, em média, de cada aparelho. Para calcular o gasto mensal de energia elétrica, em kWh, você deve adotar o seguinte procedimento: • Considere o mês com 30 dias. 1. Complete a tabela, calculando o total gasto no mês, em kWh, em cada item. 2. Qual é o aparelho que mais consome energia elétrica na “república”? 3. Com exceção do chuveiro, todos os demais aparelhos funcionam em 120 V. Se todos funcionam simultaneamente, exceto o chuveiro, qual é o total da intensidade de corrente elétrica necessária? 4. Qual é a intensidade de corrente elétrica que atravessa o chuveiro, quando em funcionamento? 5. Considerando que o preço do kWh seja R$ 0,17, qual é o gasto mensal de energia elétrica da “república”? 6. De quantos ampères deve ser um fusível para proteger todos os aparelhos que funcionam em 120 V? E para proteger o chuveiro? Fonte: QUANTIDADE APARELHO ESPECIFICAÇÃO DDP/Potência HORA DE USO POR DIA TOTAL GASTO NO MÊS EM kWh 1 Televisão 20” 120V-60W 5 Televisão 14” 120V-50W Geladeira 120V-300W 12 2 Rádiorelógio 120V-4W 24 Chuveiro 220V-4.400W Grill 120V-640W 0,5 Lâmpada Incandescente 6 3 Lâmapada Fluorescente 120V-20W

12 Como se faz a leitura no medidor de energia das residências?
FÍSICA, 3° Ano do Ensino Médio Potência Elétrica Como se faz a leitura no medidor de energia das residências? CALCULE O SEU CONSUMO (BT) EXEMPLOS Questão 01 - Um estudante resolveu acampar durante as férias de verão. Em sua bagagem levou uma lâmpada com as especificações: 220 V - 60 W. No camping escolhido, a rede elétrica é de 110 V. Se o estudante utilizar a sua lâmpada na voltagem do camping: não terá luz, pois a lâmpada “queimará”; ela brilhará menos, porque a potência dissipada será de 15 W; ela brilhará menos, porque a potência dissipada será de 30 W; ela brilhará normalmente, dissipando a potência de 60 W.

13 FÍSICA, 3° Ano do Ensino Médio Potência Elétrica
Questão 02 - Antes de comprar um chuveiro elétrico para instalar em sua residência, um chefe de família levantou os seguintes dados: potência do chuveiro = W tempo médio de um banho = 10 min n° de banhos por dia = 4 preço do kWh = R$ 0,20 Com esses dados, chega-se à conclusão de que o custo mensal de energia elétrica para utilização do chuveiro será: a) R$ 12, b) R$ 9, c) R$ 8, d) R$ 7,20 Questão 03 - Uma plaqueta presa a um aparelho elétrico indica (840 W – 120 V). Supondo que seja ligado corretamente, o valor da corrente que o atravessa e o valor da energia elétrica que consome por hora será, respectivamente de: a) 5 A e 0,72 kWh b) 2 A e 0,84 kWh c) 7 A e 0,84 kWh d) 7 A e 0,54 kWh

14 Resistores – Leis de Ohm
FÍSICA, 3° Ano do Ensino Médio Potência Elétrica Resistores – Leis de Ohm Vimos anteriormente que a corrente elétrica quando percorre um condutor provoca colisões entre os portadores de carga elétrica(elétrons) e os átomos da rede do condutor. Então os átomos da rede funcionam como verdadeiros obstáculos à passagem da corrente elétrica. Isso gera então o EFEITO JOULE. Imagem: Autor desconhecido / Georg Simon Ohm / United States Public Domain. Georg Simon-Ohm Animação – efeito Joule Ohm estabeleceu a noção de Resistência Elétrica e publicou suas observações em 1827 no seu trabalho Die galvanische Kette mathematisch bearbeitet (1827; Estudo matemático da corrente galvânica). Nesse trabalho ele apresentou os fundamentos das futuras teorias dos circuitos elétricos.

15 1ª lei de Ohm FÍSICA, 3° Ano do Ensino Médio Potência Elétrica
Em um condutor ôhmico mantido à temperatura constante, a intensidade de corrente elétrica é proporcional à diferença de potencial aplicada entre seus terminais. Essa constante recebe o nome de RESISTÊNCIA ELÉTRICA. Observe que quanto maior a resistência menor é a corrente estabelecida no condutor e vice-versa. Primeira lei de Ohm U U= R.i Para um condutor ôhmico, a ddp (U) é Diretamente proporcional a intensidade de corrente elétrica (i) i U O mesmo não ocorre com um condutor Não-ôhmico. A ddp (U) não é diretamente Proporcional a intensidade de corrente elétrica (i). i

16 Resistência elétrica (R) - Resistores
FÍSICA, 3° Ano do Ensino Médio Potência Elétrica Resistência elétrica (R) - Resistores RESISTOR É uma medida da oposição ao movimento dos portadores de carga, ou seja, a resistência elétrica representa a dificuldade que os portadores de carga encontram para se movimentarem através do condutor. Quanto maior a mobilidade dos portadores de carga, menor a resistência elétrica do condutor. Quando o condutor tem a finalidade exclusiva de produzir a energia térmica(efeito joule) então o condutor é chamado de RESISTOR. R Condutor ideal Condutor ideal seria o condutor que não apresentasse resistência elétrica à passagem da corrente elétrica. Em situações em que o condutor tem uma resistência muito baixa, podemos desprezá-la (exemplo no caso de instalações elétricas residenciais). Condutor ideal R = 0

17 Resistores – utilizados nos aparelhos eletrônicos
FÍSICA, 3° Ano do Ensino Médio Potência Elétrica Resistores – utilizados nos aparelhos eletrônicos Imagem: Resistores / Omegatron / Creative Commons Attribution-Share Alike 3. Cor 1ª Faixa 2ª Faixa 3ª Faixa Multiplicador Tolerância Preto x1Ω Marrom 1 x10Ω +/- 0,1% Vermelho 2 x100Ω +/- 0,2% Laranja 3 x1KΩ Amarelo 4 x10KΩ Verde 5 x100KΩ +/- 0,5% Azul 6 x1MΩ +/- 0,25% Violeta 7 x10MΩ +/- 0,1% Cinza 8 +/- 0,05% Branco 9 Dourado x 0,1Ω +/- 5% Prateado x 0,01Ω +/- 10%

18 2ª lei de Ohm FÍSICA, 3° Ano do Ensino Médio Potência Elétrica l A 2
resistência R resistência 2R Fios de mesmo material resistência R/2 Fio condutor

19 Resistores – utilizados nos aparelhos aquecedores
FÍSICA, 3° Ano do Ensino Médio Potência Elétrica Resistores – utilizados nos aparelhos aquecedores Imagem: Fio de um resistor / Ulfbastel / Domínio Público. Imagem: Lâmpada incandescente / Ming888 / Creative Commons Attribution-Share Alike 3.0 Unported.

20 Potência dissipada num resistor
FÍSICA, 3° Ano do Ensino Médio Potência Elétrica Potência dissipada num resistor O que fazer para ligar uma lâmpada de tensão menor que a da rede sem queimá-la? A solução é fazer a corrente elétrica transformar uma parte da energia recebida em calor (dissipar energia) de forma que o restante seja suficiente para que a lâmpada funcione nos seus valores nominais. BATERIA

21 Potência dissipada num resistor
FÍSICA, 3° Ano do Ensino Médio Potência Elétrica Potência dissipada num resistor

22 Os fusíveis e disjuntores – sua aplicação no cotidiano
FÍSICA, 3° Ano do Ensino Médio Potência Elétrica Os fusíveis e disjuntores – sua aplicação no cotidiano Imagem: Fusível de vidro / André Karwath aka aka / Creative Commons Attribution-Share Alike 2.5 Generic. Fusíveis são dispositivos conectados ao circuito elétrico que tem como função principal a proteção do circuito contra as sobrecargas da corrente elétrica, evitando possíveis danos ao sistema elétrico, tais como a queima do circuito, explosões e eletrocutamento. Em circuito elétrico sempre será gerado calor, por causa das resistências que nele estão inseridas. Às vezes esse calor pode ser aproveitado, como é o caso dos fusíveis. O funcionamento de um fusível é baseado no princípio segundo o qual a corrente que passa por um condutor gera calor que é proporcional ao quadrado da intensidade da corrente. Quando a corrente atinge um determinado valor máximo, o condutor se aquece, porém não dissipa esse calor rapidamente, fazendo com que um componente derreta e abra o circuito, impedindo que a corrente passe. Imagem: Dijuntores / Dimitry G / Domínio Público Os disjuntores possuem a mesma função, porém sua utilização difere da dos fusíveis. Os fusíveis são mais utilizados em circuitos domésticos e indústria leve. Já os disjuntores são mais aplicados na indústria pesada. Por Marco Aurélio da Silva - Equipe Brasil Escola Fonte:

23 Outros fusíveis FÍSICA, 3° Ano do Ensino Médio Potência Elétrica
Imagem: Fusíveis para automóveis / Havarhen / Creative Commons Attribution-Share Alike 3.0 Unported. Imagem: Fusíveis para automóveis / Havarhen / Creative Commons Attribution-Share Alike 3.0 Unported. Imagem: Fusíveis para automóveis / Havarhen / Creative Commons Attribution-Share Alike 3.0 Unported.

24 Dimensionamento do fusível
FÍSICA, 3° Ano do Ensino Médio Potência Elétrica Dimensionamento do fusível Para especificar o valor nominal de um fusível genérico, necessário para proteger um determinado circuito, pode ser utilizada uma regra prática que é a de multiplicar a intensidade da corrente elétrica presente no circuito por 1,2, o que na verdade seria o mesmo que aplicar 20% de acréscimo no valor da corrente do circuito elétrico, o valor resultante será a corrente nominal do fusível. Se for utilizado um fusível de corrente nominal igual à intensidade da corrente elétrica do circuito, haveria o risco do fusível ser queimado em instantes, portanto é aplicada esta margem de 20%, que permite a condução da corrente pelo fusível sem queimá-lo, mas garante a proteção do circuito. Há casos em que o resultado obtido não coincide com os valores de correntes nominais dos fusíveis disponíveis no mercado, portanto, deverá ser feita uma aproximação “para mais”, desde que não exceda o valor da corrente do circuito em mais de 60%. Exemplo: Digamos que, em um circuito qualquer, a intensidade da corrente seja de 10 ampères. Qual seria o fusível ideal para proteger o circuito? 10 X 1,2 = 12 A Logo, o fusível ideal seria de 12 ampères. Caso não fosse possível adquirir um fusível deste valor, um de 15 A. poderia ser utilizado.

25 Dimensionamento do disjuntor
FÍSICA, 3° Ano do Ensino Médio Potência Elétrica Dimensionamento do disjuntor Para especificar o valor nominal de fusível genérico, necessário para proteger um determinado circuito, basta multiplicar a corrente presente no circuito por 1,05. O valor resultante é a corrente nominal do disjuntor. Há casos em que o resultado obtido não coincide com os valores de correntes nominais dos disjuntores disponíveis no mercado, portanto, deverá ser feita uma aproximação ‘para mais”, desde que não exceda o valor da corrente do circuito em mais de 35%. Exemplo: Digamos que, em um circuito qualquer, a intensidade da corrente seja de 10 ampères. Qual seria o disjuntor ideal para proteger o circuito? 10 X 1,05 = 10,5 A Logo, o disjuntor ideal seria de 10 ampères e meio. Caso não fosse possível adquirir um disjuntor deste valor, um de 12 A poderia ser utilizado.

26 Influência da temperatura na resistência elétrica de um condutor
FÍSICA, 3° Ano do Ensino Médio Potência Elétrica Influência da temperatura na resistência elétrica de um condutor Como já foi dito antes, a resistência elétrica de um condutor é completamente dependente do tipo de material de que é feito, bem como da mobilidade das partículas em seu interior.  Na maioria das substâncias, uma maior temperatura significa uma maior resistência elétrica, pois com o aumento da temperatura aumenta a mobilidade das partículas que constituem a substância, ou seja, aumentam as colisões, mas em menor intensidade nas ligas metálicas por causa das diferentes ligações químicas, por isso elas são usadas na fabricação de resistores.  Nos líquidos o aumento da temperatura  faz com que aumente a mobilidade dos íons e consequente diminuição da resistência. Já no interior dos metais ocorre um aumento da resistência com a temperatura e o mesmo ocorre com o grafite e com os condutores iônicos. Podemos concluir então que a variação da resistência elétrica, com a temperatura, em um condutor depende diretamente da variação da resistividade elétrica do material de que é feito. 1ª LISTA DE EXERCÍCIOS 2ª LISTA DE EXERCÍCIOS

27 FEYNMAN. Lectures on Physics. v.3. Addison Wesley.
FÍSICA, 3° Ano do Ensino Médio Potência Elétrica BIBLIOGRAFIA NUSSENZWEIG, Moisés. Curso de Física Básica. v.3. 4ª ed. Edgard Blücher Editora. TIPLER, Paul A. Física. v.3.4ª ed. Livros Técnicos e Científicos Editora. Halliday, Resnick, Walker. Fundamentos de Física. v.1. 7ª ed. Livros Técnicos e Científicos Editora. FEYNMAN. Lectures on Physics. v.3. Addison Wesley. GUIMARÃES, Luiz A. Mendes. Física para o 2° grau. Eletricidade. Ed. Harbra, 1997. FUKUI, Ana. Física: Ensino Médio. 3ª série. 1ª ed. Edições SM, 2009. DOCA, Ricardo Helou. Física. Vol. 3. Mecânica. 1ª ed. Ed. Saraiva, 2010. FERRARO, Nicolau Gilberto. Física Básica. Vol. único. 3ª ed. Atual, 2009.

28 FÍSICA, 3° Ano do Ensino Médio Potência Elétrica

29 FÍSICA, 3° Ano do Ensino Médio
Potência Elétrica Todos os acessos feitos em

30 Tabela de Imagens n° do slide
direito da imagem como está ao lado da foto link do site onde se consegiu a informação Data do Acesso 2a Lâmpada incandescente / Ming888 / GNU Free Documentation License 22/08/2012 2b Lâmpada fluorecenscete / Leridant / Creative Commons Attribution-Share Alike 2.5 Generic 3a Chuveiro Elétrico / Andrevruas / Creative Commons Attribution 3.0 Unported 3b Ferro Elétrico / Li-sung / Creative Commons Attribution-Share Alike 3.0 Unported 3c Ventilador / Jorge Barrios / Domínio Público 9a 9b KMJ / Eletric Bulb from Neolux / GNU Free Documentation License 9c Valores nominais de uma fonte de computador / Baran Ivo / Domínio Público. 14 Autor desconhecido / Georg Simon Ohm / United States Public Domain

31 Tabela de Imagens n° do slide
direito da imagem como está ao lado da foto link do site onde se consegiu a informação Data do Acesso 17 Resistores / Omegatron / Creative Commons Attribution-Share Alike 3. 22/08/2012 19a Fio de um resistor / Ulfbastel / Domínio Público. 19b Lâmpada incandescente / Ming888 / Creative Commons Attribution-Share Alike 3.0 Unported 22a Fusível de vidro / André Karwath aka aka / Creative Commons Attribution-Share Alike 2.5 Generic. 22b Dijuntores / Dimitry G / Domínio Público 23a Fusíveis para automóveis / Havarhen / Creative Commons Attribution-Share Alike 3.0 Unported. 23b Fusível NH / Karl Gruber / Creative Commons Attribution-Share Alike 3.0 Unported. 23c Fusíveis Diazed / Cherubino / Creative Commons Attribution 3.0 Unported.