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0 Física POTÊNCIA DISSIPADA NOS RESISTORES 1 Sumário Introdução .......................................................................................................................................2 Objetivos ..........................................................................................................................................2 Conceitos .........................................................................................................................................2 Um pouco de História.... ................................................................................................................2 Definição ..........................................................................................................................................3 Potência dissipada nos resistores ................................................................................................4 Exercícios .........................................................................................................................................5 Gabarito ...........................................................................................................................................6 Resumo ............................................................................................................................................7 2 Introdução Nesta aula abordaremos a parte da Física, mais precisamente da Eletricidade, que trata sobre a potência dissipada por um resistor. De forma mais específica, trataremos dos seguintes tópicos referentes a esse assunto: histórico, definição, efeito Joule, lei de Ohm e potência dissipada por um resistor. Objetivos • Compreender os conceitos por trás do efeito Joule e da lei de Ohm; • Perceber os efeitos da potência dissipada em resistores no cotidiano; • Compreender e resolver exercícios sobre a potência dissipada em um resistor. Conceitos Nesse material, vamos entender o que é um resistor, sua aplicabilidade e o processo de dissipação de potência no mesmo. Um pouco de História.... No início do século XIX, o físico alemão George Simon Ohm testou o comportamento de diversos materiais, verificando a corrente elétrica dos mesmos quando submetidos a potenciais diferentes. Em seu experimento, ele verificou que em diversos materiais (principalmente nos metais) havia uma constância entre a diferença de potencial e a corrente elétrica. Isso significa, por exemplo, que ao triplicarmos a voltagem aplicada a esse material, a intensidade de corrente elétrica também triplicaria. Por meio de tal observação, teve origem a famosa 1ª Lei de Ohm, dizendo que "a voltagem aplicada nos terminais de um condutor é proporcional à corrente elétrica que o percorre", isto é: V R i= V i Em que é a diferença de potencial, cuja unidade é o Volts (V), é a corrente R elétrica, cuja unidade é o Ampere (A) e é a resistência elétrica, cuja unidade é o Ohm ( ), dada em homenagem ao físico. 3 Vale ressaltar que essa lei nem sempre é válida, já que ela depende do material que constitui o resistor. Nos casos em que é obedecida, o resistor é chamado resistor ôhmico ou linear. Definição Por definição, um resistor é um dispositivo eletrônico condutor de corrente elétrica que faz parte de praticamente todos os circuitos elétricos. Suas funções básicas são transformar energia elétrica em energia térmica, produzir quedas de tensão e controlar correntes elétricas. A Figura 1 apresenta a simbologia utilizada para resistores em circuitos elétricos. Figura 1: Símbolo de resistores em circuitos elétricos Como já explicado, resistores provocam uma queda de tensão no circuito elétrico, porém em nenhuma hipótese acarretam em diminuições nos valores da corrente elétrica. Tal fato diz que a corrente que entra em um terminal do resistor é igual àquela que sai pelo outro terminal. À oposição da passagem de corrente elétrica dá-se o nome de resistência ou impedância. Fisicamente, a limitação da corrente elétrica pelos resistores acontece pela transformação de energia elétrica em energia térmica. Tal fenômeno ocorre, pois, os elétrons em movimento da corrente atritam-se com os átomos do condutor, produzindo calor. Essa transformação recebe o nome de efeito Joule. Em nosso cotidiano, estão presentes resistores destinado a produzir calor por meio do efeito joule: as resistências elétricas, encontradas em chuveiros e ferros elétricos. 4 Potência dissipada nos resistores De forma direta, a potência dissipada em um resistor é a energia que se transformou em calor por unidade de tempo. Como explanada anteriormente, o aquecimento de um resistor devido a passagem da corrente elétrica, é chamado de efeito joule. Neste contexto, ao se P analisar a potência produzida por um gerador, , nota-se que ela pode ser expressa pela formulação a seguir: P V i= Porém, a potência em questão pode ser recebida por qualquer instrumento. No caso de um resistor, a mesma pode ser expressa em função de sua resistência. Da 1ª Lei de Ohm, obtém-se duas relações: V V R i i R = = Relacionando-as expressão com a do cálculo da potência, resulta que: 2 , P V i V V R V R = = = Ou: ( ) 2 P V i R i i R i = = = Portanto, em suma, as três equações para calcular a potência dissipada em resistores são: P V i= 2V P R = 2P R i= , e 5 CURIOSIDADES Exercícios 1. (UERGS – PR) Um chuveiro elétrico está instalado numa casa onde a rede elétrica 110 V é de . Um eletricista considera aconselhável alterar a instalação elétrica 220 V para e utilizar um chuveiro de mesma potência que o utilizado anteriormente, pois, com isso, o novo chuveiro: a) Consumirá mais energia elétrica. b) Consumirá menos energia elétrica. c) Será percorrido por uma corrente elétrica maior d) Será percorrido por uma corrente elétrica menor e) Dissipará maior quantidade de calor. 2. R 10 Um resistor de resistência elétrica igual a é percorrido por uma 5 A intensidade de corrente elétrica i equivalente a . Qual é a potência dissipada pelo resistor? 3. 9,0 V (PUC- MG) Ao aplicarmos uma diferença de potencial em um resistor de 3,0 , podemos dizer que a corrente elétrica fluindo pelo resistor e a potência dissipada, respectivamente, são: a) 1,0 A 9,0 W e b) 2,0 A 18,0 W e c) 3,0 A 27,0 W e d) 4,0 A 36,0 W e e) 5,0 A 45,0 W e O nome do equipamento para medir resistores é denominado de ohmímetro. 6 Gabarito 1. Para solucionar este problema, devemos analisar a equação da potência. Isolando a corrente na mesma, resulta que: P P V i i V = = Pelo fato da potência dissipada pelos chuveiros ser constante, conclui-se que V quanto maior a diferença de potencial, , menor será a intensidade da corrente. Portanto, a alternativa correta é a d). 2. Para resolver este problema, deve-se utilizar a expressão de cálculo da potência em função da resistência e da corrente. Substituindo os valores da resistência e da corrente, fornecidos pelo enunciado do problema, em tal equação, resulta que: ( ) ( )2 2 10 5 A 250 W P R i= = = 250 W Logo, a potência dissipada pelo resistor em questão é de . 3. Na resolução deste exercício devemos utilizar a equação para cálculo da potência dissipada em função da tensão e da resistência. Substituindo os valores da tensão e da resistência, dados pelo enunciado do problema, em tal equação, resulta que: ( ) 2 2 9,0 V 3,0 27 W U P R = = = 7 Por fim, para obtermos o valor da corrente, basta isolar a mesma na equação do cálculo da potência dissipada em função da corrente e da tensão, exibida a seguir: P P V i i V = = Substituindo o valor da potência encontrado anteriormente e o da tensão, fornecido pelo exercício, obtém-se que: 27,0 W 9,0 V 3,0 A i = = c) 3,0 A e 27,0 W Portanto, a alternativa correta é a c) . Resumo Definição O resistor é um dispositivo eletrônico condutor de corrente elétrica com as funções de transformar energia elétrica em energia térmica, produzir quedas de tensão e controlar correntes elétricas. Potência dissipada nos resistores P A potência dissipada em um resistor, , é a energia que se transformou em calor por unidade de tempo. As expressões matemáticas que permitem calcular a potência dissipada em resistores são: P V i= 2V P R = 2P R i= , e V i R Em que é a diferença de potencial, é a corrente elétrica e é a resistência elétrica.
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