Aula 3 - Potência elétrica

Prévia do material em texto

Potência elétrica
Física
2o bimestre – Aula 3
Ensino Médio
2a
SÉRIE
2024_EM_V1
Compreender o conceito de potência elétrica e sua relação com o consumo de energia elétrica;
Analisar os procedimentos para determinar o consumo de energia elétrica de eletrodomésticos e os seus custos em reais;
Identificar unidades de medidas de energia.
Eletrodinâmica.
Conteúdo
Objetivos
2024_EM_V1
(EM13CNT107) Realizar previsões qualitativas e quantitativas sobre o funcionamento de geradores, motores elétricos e seus componentes, bobinas, transformadores, pilhas, baterias e dispositivos eletrônicos, com base na análise dos processos de transformação e condução de energia envolvidos – com ou sem o uso de dispositivos e aplicativos digitais – para propor ações que visem a sustentabilidade.
Suponha que você queira utilizar um secador de cabelo com valores nominais de 1200 Watts (W) e 127 Volts (V). Para isso, é possível ligá-lo a uma tomada de 127 V. Sabendo que o disjuntor do circuito dessa tomada é de 10 amperes (A), o que você faria nessa situação hipotética? Caso decida fazer essa ligação, o secador poderá queimar? E o que deverá acontecer com o disjuntor? 
Situação-problema
5 MINUTOS
Vire e converse
2024_EM_V1
Para começar
Potência elétrica
Considere que o filamento de uma lâmpada incandescente, percorrido por uma corrente elétrica de intensidade i, por um período , converte uma certa quantidade de energia elétrica em energia térmica e luminosa.
Podemos definir como potência elétrica (P) a razão entre a energia (E) convertida pelo filamento da lâmpada e o intervalo de tempo correspondente.
Unidades:
No SI, a energia é medida em Joule (J) e o tempo, em segundos (s).
Assim, a potência elétrica é medida em unidades de J/s, denominada Watt (W).
P = 
i
B
A
2024_EM_V1
Foco no conteúdo
Potência elétrica
Agora, vamos procurar uma expressão que relacione a potência, a intensidade de corrente elétrica e a diferença de potencial. Podemos calcular a energia (E) convertida (ou transformada ou o trabalho realizado) por um resistor, em um certo intervalo de tempo, pelo produto entre o módulo da carga elétrica (q) e a diferença de potencial (UAB) entre os pontos
A e B.
 
E 
= 
|q|
Como: 
 P
 =
 P
 =
Lembrando que: 
i = 
Daí vem: 
 P
 =
 P
 =
 i
 i
Assim, temos: 
2024_EM_V1
Foco no conteúdo
Potência elétrica
Agora, obteremos outras duas expressões para calcular a potência elétrica dissipada pelo resistor. 
= R 
(I)
 = 
(II)
Substituindo (I) em (II), obteremos:
 
=
R 
=
 Para obter uma terceira expressão para potência elétrica, faremos: 
i = 
 = i
(IV)
(III)
Substituindo (III) em (IV), obteremos:
 
 = 
 Assim, temos:
2024_EM_V1
Foco no conteúdo
Exercício proposto
No circuito a seguir, a diferença de potencial elétrico (UG) do gerador é de 30 V, a intensidade da corrente elétrica (i) vale 3 A. Calcule a potência elétrica dissipada de cada resistor. 
i
+
-
 = 2 
 = 3 
 = 5 
UG = 30 V
2024_EM_V1
Na prática
Vamos calcular a potência elétrica dissipada de cada resistor de três maneiras diferentes, utilizando as expressões recém-apresentadas para a potência elétrica. Para fazer isso, atribuiremos pontos (indicados pelas letras A, B, C, D, E e F) entre os terminais dos resistores, conforme ilustrado abaixo:
Exercício proposto – Correção
+
-
 = 2 
 = 3 
 = 5 
UG = 30 V
A
F
B
C
D
E
2024_EM_V1
Na prática
A seguir, iremos calcular a diferença de potencial elétrico (ddp) a que cada resistor está submetido. 
Exercício proposto – Correção
 
 
3
 
5
Assim, faremos:
G
2024_EM_V1
Na prática
Agora, vamos calcular a potência elétrica dissipada de cada resistor, utilizando a seguinte expressão: P = Ui.
Exercício proposto – Correção
 
 
9
3
 
G
2024_EM_V1
Na prática
Em seguida, calcularemos a potência elétrica dissipada de cada resistor, utilizando a expressão P = R.
Exercício proposto – Correção
2
3
9
9
G
2024_EM_V1
Na prática
Por fim, vamos calcular a potência dissipada de cada um dos resistores, por meio da seguinte expressão: P = .
Exercício proposto – Correção
 
 
 
G
2024_EM_V1
Na prática
Em geral, os aparelhos elétricos especificam seus valores de tensão e potência elétrica. Esses valores são denominados, respectivamente, tensão nominal (Unominal) e potência nominal (Pnominal ).
 
Valores nominais
É a tensão da rede na qual o aparelho deve ser ligado para funcionar segundo as especificações do fabricante.
P
É a taxa de conversão de energia elétrica por unidade de tempo quando um aparelho for submetido a uma tensão nominal. 
U
nominal
nominal
2024_EM_V1
Foco no conteúdo
Considere que um ferro elétrico de passar roupas tem as seguintes especificações: 1200 W e 120 V. 
Valores nominais
Isso significa que, se esse aparelho for submetido a uma tensão de 120 V, ele vai operar com uma potência de 1200 W.
Caso ele seja submetido a uma tensão menor que 120 V, ele vai operar com uma potência inferior a 1200 W.
2024_EM_V1
Foco no conteúdo
Retome a situação-problema proposta na seção “Para começar” e, agora, com base no que você aprendeu nesta aula, responda novamente às seguintes questões:
1) Em uma situação hipotética em que se deseja utilizar um secador de cabelo com valores nominais de 1200 W e 127 V, ligando em uma tomada de 127 V e sabendo que o disjuntor do circuito dessa tomada é de 10 A, qual seria sua decisão em relação à conexão do secador à tomada?
2) Caso decida fazer essa ligação, há possibilidade de o secador queimar?
3) O que deverá acontecer com o disjuntor em caso de conectar o secador à tomada?
Situação-problema
Todo mundo escreve
2024_EM_V1
Aplicando
Considerando que todos os dispositivos elétricos estejam funcionando adequadamente, de acordo com as especificações dos fabricantes, o usuário poderá ligar o secador na tomada sem nenhum problema.
Se o secador estiver operando em condições normais, não deverá queimar, pois foi ligado a uma tomada de 127 V, o que está de acordo com as especificações do fabricante.
O disjuntor não será acionado, pois a corrente necessária para o funcionamento do secador está abaixo dos 10 A. Podemos verificar isso por meio da seguinte expressão:
Situação-problema – Correção
 = Ui
i
=
i
2024_EM_V1
Aplicando
Por praticidade, padronizou-se medir a quantidade de energia consumida em quilowatt-hora (KWh). Para obter a equivalência entre joule e quilowatt-hora, podemos fazer as seguintes conversões de unidades:
A medida comercial de energia
1 kWh = 1 kW
1 kWh = 1 W 
1 kWh = 1 W 60 s
1 kWh = 3J
2024_EM_V1
Foco no conteúdo
(Enem – 2005) Podemos estimar o consumo de energia elétrica de uma casa considerando as principais fontes desse consumo. Pense na situação em que apenas os aparelhos que constam da tabela a seguir fossem utilizados diariamente da mesma forma.
A tabela fornece a potência e o tempo efetivo de uso diário de cada aparelho doméstico.
Exercício – Enem
	Aparelho	Potência (kW)	Tempo de uso
diário (horas) 
	Ar condicionado	1,5	8
	Chuveiro elétrico	3,3	1/3
	Freezer	0,2	10
	Geladeira	 0,35	10
	Lâmpadas	 0,10	6
2024_EM_V1
Na prática
Supondo que o mês tenha 30 dias e que o custo de 1 kWh seja de 
R$ 0,40, o consumo de energia elétrica mensal dessa casa é de aproximadamente:
a) R$ 135
b) R$ 165
c) R$ 190
d) R$ 210
e) R$ 230
Exercício – Enem
	Aparelho	Potência (kW)	Tempo de uso
diário (horas) 
	Ar condicionado	1,5	8
	Chuveiro elétrico	3,3	1/3
	Freezer	0,2	10
	Geladeira	 0,35	10
	Lâmpadas	 0,10	6
2024_EM_V1
Na prática
Para calcular a energia elétrica consumida em cada um dos aparelhos, utilizaremos a expressão: E = P∙∆t. Com base nos dados fornecidos pela tabela, realizaremos o cálculo para determinar a energia elétrica consumida diariamente por todos os aparelhos domésticos. Dessa forma, procederemos da seguinte maneira:
Exercício – Enem: correção
=
1,5
+
3,3
+
0,210
+
0,10
+
0,
=
19,20 kWh
2024_EM_V1
Na prática
Vale lembrar que a tabela nos fornece um valordiário para o consumo de energia elétrica. Para calcular o consumo mensal, multiplicamos o valor encontrado por 30. Assim, obteremos:
Exercício – Enem: correção
=
19,20 30 = 576 kWh
Dado que 1 kWh custa R$ 0,40, faremos:
R$ = 576 0,40 = 230,40 
R$ 
230,00 
Resposta: alternativa e.
2024_EM_V1
Na prática
Compreendemos o conceito de potência elétrica e sua relação com o consumo de energia elétrica;
Analisamos os procedimentos para determinar o consumo de energia elétrica de eletrodomésticos e os seus custos em reais;
Identificamos as unidades de medidas de energia.
2024_EM_V1
O que aprendemos hoje?
LEMOV, D. Aula nota 10: 49 técnicas para ser um professor campeão de audiência. Trad. Leda Beck; consultoria e revisão técnica de Guiomar N. de Mello e Paula Louzano. São Paulo: Da Prosa: Fund. Lemann, 2011.
VILLAS BÔAS, N.; HELOU, R.; DOCA, R.; FOGO, R. Tópicos de Física 3: Conecte Live. 3. ed. São Paulo: Editora Saraiva, 2018.
Slide 3: https://pixabay.com/pt/photos/manipula%C3%A7%C3%A3o-secador-de-cabelo-mulher-3742418/. Acesso em: 29 fev. 2024.
Slide 4: https://br.freepik.com/psd-gratuitas/lampada-isolada-em-fundo-transparente_82635756.htm#query=l%C3%A2mpada%20incandescente&position=5&from_view=search&track=ais&uuid=b2255165-7f0c-45fe-a6db-fbcf124ff1b5. Acesso em: 29 fev. 2024.
Slides 4, 5 e 6: https://pixabay.com/pt/vectors/bateria-el%C3%A9trico-eletricidade-312747/. Acesso em: 29 fev. 2024.
Slides 7, 8, 9, 10, 11 e 12: https://www.pngwing.com/pt/free-png-nrufp. Acesso em: 29 fev. 2024.
Slide 13: https://thenounproject.com/icon/electricity-2020792/. Acesso em: 29 fev. 2024.
https://thenounproject.com/icon/blender-3336601/. Acesso em: 29 fev. 2024.
Slide 14: https://thenounproject.com/icon/closed-2383845/. Acesso em: 29 fev. 2024.
https://thenounproject.com/icon/cross-5619675/. Acesso em: 29 fev. 2024.
2024_EM_V1
Referências
2024_EM_V1
image1.png
image2.png
image3.png
image4.png
image5.png
image6.png
image7.png
image10.jpg
image11.png
image12.png
image13.png
image14.png
image15.png
image16.png
image24.png
image25.png
image26.png
image17.png
image18.png
image19.png
image20.png
image21.png
image22.png
image23.png
image34.png
image35.png
image36.png
image37.png
image330.png
image370.png
image27.png
image28.png
image29.png
image30.png
image31.png
image32.png
image33.png
image38.png
image380.png
image39.png
image40.png
image41.png
image42.png
image43.png
image52.png
image53.png
image54.png
image55.png
image56.png
image57.png
image58.png
image59.png
image60.png
image61.png
image44.png
image62.png
image63.png
image64.png
image65.png
image66.png
image67.png
image68.png
image69.png
image45.png
image46.png
image47.png
image48.png
image49.png
image50.png
image51.png
image78.png
image79.png
image80.png
image81.png
image82.png
image83.png
image84.png
image85.png
image86.png
image87.png
image70.png
image88.png
image89.png
image90.png
image91.png
image92.png
image93.png
image94.png
image95.png
image71.png
image72.png
image73.png
image74.png
image75.png
image76.png
image77.png
image100.png
image101.png
image102.png
image103.png
image104.png
image105.png
image106.png
image107.png
image108.png
image109.png
image110.png
image111.png
image112.png
image113.png
image114.png
image115.png
image930.png
image940.png
image950.png
image96.png
image97.png
image98.png
image99.png
image124.png
image125.png
image126.png
image127.png
image128.png
image129.png
image130.png
image131.png
image132.png
image133.png
image116.png
image134.png
image135.png
image136.png
image137.png
image117.png
image118.png
image119.png
image120.png
image121.png
image122.png
image123.png
image138.png
image139.png
image140.png
image141.png
image142.png
image143.png
image144.png
image145.png
image146.png
image147.png
image148.png
image149.png
image1450.png
image150.png
image151.png
image152.png
image153.png
image154.png
image155.png
image156.png
image157.png
image158.png
image159.png
image160.png
image8.png
image9.png