Engenharia Civil Física 4 Potência elétrica.

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1 Engenharia Civil Física 4 Potência elétrica

2 INTRODUÇãO 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 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 Qual seria o fator determinante para a compra uma de televisão?
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 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. EXEMPLOS

8 VALORES NOMINAIS 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 No caso de um gerador de energia, é importante conhecer tanto a potência útil como a dissipada para se obter o rendimento. Para entender como são calculados, é preciso conhecer um pouco sobre o funcionamento do grupo gerador. Quando o gerador é ligado a um circuito, começa a fluir uma corrente, pois sua finalidade é manter uma diferença de potencial. A potência útil, por sua vez, é definida pelo produto da diferença de potencial lançada no circuito pela corrente que flui nele. Além da potência útil, temos uma dissipada, que resulta da perda provocada pela resistência interna do gerador. O cálculo é feito pela da fórmula: PD = r.i2 Por fim, define-se como rendimento do gerador a divisão do que está sendo usado pelo total fornecido. O valor, então, é obtido pela divisão da potência útil pela total (dissipada + útil).

11 Consumo de energia elétrica
Cada aparelho que utiliza a eletricidade para funcionar, como por exemplo, o computador de onde você lê esse texto, consome uma quantidade de energia elétrica. Para calcular este consumo basta sabermos a potência do aparelho e o tempo de utilização dele, por exemplo, se quisermos saber quanta energia gasta um chuveiro de 5500W ligado durante 15 minutos, seu consumo de energia será: Mas este cálculo nos mostra que o joule (J) não é uma unidade eficiente neste caso, já que o cálculo acima se refere a apenas um banho de 15 minutos, imagine o consumo deste chuveiro em uma casa com 4 moradores que tomam banho de 15 minutos todos os dias no mês.

12 Para que a energia gasta seja compreendida de uma forma mais prática podemos definir outra unidade de medida, que embora não seja adotada no SI, é mais conveniente. Essa unidade é o quilowatt-hora (kWh). Para calcularmos o consumo do chuveiro do exemplo anterior nesta unidade consideremos sua potência em kW e o tempo de uso em horas, então teremos: O mais interessante em adotar esta unidade é que, se soubermos o preço cobrado por kWh, podemos calcular quanto será gasta em dinheiro por este consumo.

13 : Exercicios: Considere que em sua cidade a companhia de energia elétrica tenha um tarifa de 0, R$/kWh, então o consumo do chuveiro elétrico de 5500W ligado durante 15 minutos será: Se considerarmos o caso da família de 4 pessoas que utiliza o chuveiro diariamente durante 15 minutos, o custo mensal da energia gasta por ele será:

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

15 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:

16 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

17 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? EXEMPLO 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.

18 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