AULA 02 Potência elétrica, energia e eficiência.

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ELETRICIDADE APLICADA
PROF. MARCUS SILVA
marcus.pantoja@estacio.br
LEI DE OHM, POTÊNCIA, ENERGIA E EFICIÊNCIA
INDICAÇÃO DE MATERIAL DIDÁTICO
CAPÍTULO 2 DO LIVRO TEXTO DA DISCIPLINA
PLANO DE ENSINO
APRESENTACAO DO PLANO DE ENSINO/CORRENTE, TENSÃO, RESISTÊNCIA
POTÊNCIA ELÉTRICA, ENERGIA E EFICIÊNCIA
CIRCUITOS EM SÉRIE, LEI DE KIRCCHORFF DAS TENSÕES, DIVISOR DE TENSÃO
CIRCUITO EM PARALELO, LEI DE KIRCHHORFF DAS CORRENTES, DIVISOR DE CORRENTE
CIRCUITOS EM SÉRIE E PARALELO, CURTO CIRCUITO E CIRCUITO ABERTO
CARACTERÍSTICAS DA TENSÃO E DA CORRENTE ALTERNADAS
2.1 LEI DE OHM
2.1 LEI DE OHM
George Simon Ohm foi um físico alemão que viveu entre os anos de 1789 e 1854 e verificou experimentalmente que existem resistores nos quais a variação da corrente elétrica é proporcional à variação da diferença de potencial (ddp).
Dessa forma, elaborou uma relação matemática que diz que a voltagem aplicada nos terminais de um condutor é proporcional à corrente elétrica que o percorre, matematicamente fica escrita do seguinte modo:
2.1 LEI DE OHM
Exemplo 2.1
Calcule a corrente através do resistor de 2kΩ mostrado na Figura 2.1 se a queda de tensão entre seus terminais for de 6 16 V.
Figura 2.1 – Exemplo 2.1
2.1 LEI DE OHM
Resolução
Utilizando a equação 2.1 e isolando I temos:
Exemplo 2.2
Calcule a tensão que tem que ser aplicada ao ferro de solda mostrado na figura 1.11, para estabelecer uma corrente de 1,5 A, sendo sua resistência interna de 80 Ω. 
2.1 LEI DE OHM
Resolução:
Figura 2.2 – Exemplo 2.2
2.1 LEI DE OHM
Figura 2.3 – Circuito 
2.2 POTÊNCIA
A potência é uma grandeza que mede quanto trabalho (conversão de energia de uma forma em outra) pode ser realizado em determinado período de tempo, ou seja, é a velocidade com que um trabalho é executado.
A unidade elétrica de medida de potência é o watt (W), definida por:
1 watt (W) = 1 joule/segundo (J/s)
2.2 POTÊNCIA
Na forma de equação a potência é determinada por:
Com a energia W medida em joules e o tempo em segundos.
A potência consumida por um sistema ou dispositivo elétrico pode ser determinada em função dos valores de corrente e tensão.
2.2 POTÊNCIA
Portanto, a potência absorvida por um resistor pode ser calculada diretamente dependendo das informações disponíveis.
Exemplo 2.2
Determine a potência entregue ao motor de corrente contínua ilustrado na Figura 2.4. V = 120 V, I = 5 A
Figura 2.4 – Motor CC
2.2 POTÊNCIA
Resolução
Utilizando a Equação 2.2:
Exemplo 2.3
Qual a potência dissipada por um resistor de 5 Ω se a corrente nele for de 4 A?
Resolução
 
2.2 POTÊNCIA
Exemplo 2.4
Determine a corrente através de um resistor de 5kΩ quando ele dissipa 20mW.
Resolução:
 
2.3 EFICIÊNCIA
A Figura 2.5 ilustra o fluxo de energia em um sistema no qual a energia muda de forma
 
A quantidade de energia na saída é sempre menor que a que entrou no sistema devido às perdas e, as vezes, devido ao armazenamento de energia no interior do sistema
Figura 2.5 – Fluxo de energia em um sistema
2.3 EFICIÊNCIA (cont.)
De acordo com a conservação da energia:
Dividindo-se ambos os lados da igualdade por t:
Como P=W/t, temos a seguinte expressão:
Entrada de energia = saída de energia + energia perdida
2.3 EFICIÊNCIA (cont.)
A eficiência (η) de um sistema é então determinada pela seguinte equação:
Em termos percentuais:
2.3 EFICIÊNCIA (cont.)
Em termos de energia de entrada e saída, a eficiência percentual é dada por:
A máxima eficiência possível é 100%, ou seja, nenhuma energia é armazenada ou perdida pelo sistema. Obviamente, quanto maior for a perda do sistema, menor será a eficiência.
2.3 EFICIÊNCIA (cont.)
Exemplo 2.5:
Um motor de 2 hp opera com uma eficiência de 75%. Qual a potência de entrada em watts? Se a tensão aplicada ao motor é de 220 V, qual a corrente na entrada?
Resolução:
2.3 EFICIÊNCIA (cont.)
Resolução (cont.):
2.3 EFICIÊNCIA (cont.)
Exemplo 2.6:
Qual a potência de saída, em hp (horse power), de um motor com uma eficiência de 80% e uma corrente de entrada de 8 A e uma tensão de 220 V?
Resolução:
2.3 EFICIÊNCIA – Componentes básicos de um sistema de geração de energia
A Figura 2.6 ilustra os componentes básicos de um sistema de geração de energia
Figura 2.6 – Componentes básicos de um sistema de geração
2.4 ENERGIA 
Para que uma potência, que determina a velocidade com que um trabalho é realizado, produza uma conversão de uma forma de energia em outra, tem que ser gasto um intervalo de tempo.
Por exemplo, quanto mais tempo um motor for usado para acionar uma carga, maior será a energia utilizada.
A energia (W) consumida ou fornecida por um sistema é portanto determinada por:
2.4 ENERGIA (cont.)
O kWh
A unidade de energia é o watt-segundo ou joule. No entanto a unidade watt-segundo é uma quantidade muito pequena para a maioria dos propósitos práticos, de modo que a unidade watt-hora (Wh) e quilowatt-hora foram definidas da seguinte maneira
Para se ter uma ideia da quantidade de energia que essa unidade representa, saiba que 1 kWh é uma quantidade de energia dissipada por uma lâmpada de 100 W durante 10 horas.
2.4 ENERGIA (cont.)
Figura 2.7 – Medidores de quilowatts-hora
2.4 ENERGIA 
Exercício 2.1
Qual o custo total da utilização dos itens a seguir, considerando uma tarifa de 9 centavos por kWh?
Uma torradeira de 1200 W durante 30 minutos.
Seis lâmpadas de 50 W durante 4 horas
Uma máquina de lavar de 400 W durante 45 minutos
Uma secadora de roupas elétrica de 4800 W durante 20 minutos.
2.4 ENERGIA 
Tabela 2.1 - 
Tabela 2.1 – Potência típica para eletrodomésticos
ATIVIDADE ESTRUTURADA Nº 2
Faça uma pesquisa sobre a resistividade de um material condutor de eletricidade e a influência da temperatura na variação de sua resistência elétrica.
A partir desta pesquisa determine o valor da resistência elétrica de um condutor de alumínio, com comprimento de 2750 m e seção circular com 2,8 mm de diâmetro, na temperatura de 48 ºC. Repita os cálculos para a temperatura de 64 ºC.
A pesquisa pode ser feita no livro texto Introdução à Análise de Circuitos Robert L. Boylestad Ed. Prentice Hall ou em outro livro de eletricidade. 
Bibliografia
Boylestad, Robert L. Introdução a Análise de Circuitos. São Paulo, . 10ª Ed. LTC, 2014.