Eletricidade e Mecânica

1. Eletricidade e Mecânica UNIDADE 4 – Potência e Energia Elétrica Objetivo: Compreender o conceito de potência e energia elétrica. Calcular potência fornecida e dissipada nos circuitos elétricos introdução Conceito de Potência Elétrica Conceito de Energia elétrica André Luis Lapolli– www.lapolli.pro.br

2. Introdução Potência e energia são conceitos adquiridos da mecânica (disciplina de Fundamentos de Física) onde se trata de energia potencial gravitacional e energia cinética, relacionadas respectivamente, com a capacidade de produzir movimento (ou realizar trabalho) e o movimento propriamente dito. A potência está relacionada com a taxa de variação da energia por unidade de tempo, ou seja, a velocidade com que se produz ou consome a energia. É muito comum caracterizar-se um automóvel pela potência e torque. A potência (máxima) relaciona-se com a velocidade final do mesmo: quanto maior a potência, maior a velocidade. O torque esta relacionado com a força (não é o escopo deste capítulo).

3. Introdução Nos processos mecânicos, nem sempre a potência indica que um equipamento é melhor. Quando se trata de se movimentar equipamentos pesados, através de guindastes, caminhões, pontes rolantes, elevadores para construção civil, é necessário maior capacidade para realização de trabalho, maior energia e não potência. Com relação à eletricidade, em nossa residência, a conta de luz é cobrada conforme o consumo de energia total no mês, mas cada aparelho eletrodoméstico, consome uma determinada potência elétrica. Quanto mais tempo um aparelho elétrico permanece ligado, maior energia ele consumirá. Os eletrodomésticos de maior potência devem permanecer ligados menos tempo, porque consomem maior energia em menos tempo. Vamos ver os detalhes nos próximos parágrafos.

4. Conceito de Potência Elétrica • Potência elétrica é a quantidade de energia elétrica (t) gerada ou dissipada por unidade de tempo Dt em um circuito elétrico. Mais comum para circuitos de CC. • Para um circuito elétrico t=VQ que corresponde à energia potencial elétrica. Consequentemente: Quantidade de carga elétrica Q que uma fonte de tensão V fornece para o circuito por unidade de tempo. Q + Circuito V -

5. Conceito de Potência Elétrica Vamos analisar uma fonte de tensão que alimenta uma carga resistiva R. V=E P • A fonte E fornece ao resistor R uma corrente I, portanto PE=EI. • Em R a tensão é a mesma da fonte: V=E. • Então a potência dissipada no resistor é:P=VI. PE Energia Térmica Energia elétrica I Consequentemente, toda potência fornecida pela fonte foi dissipada no resistor em forma de calor (efeito Joule): PE=P + E R - Considerando que R é um resistor ôhmico: Substituindo V: Como: (Equações também válidas para casos gerais em condições instantâneas)

6. Conceito de Potência Elétrica Exemplo: Uma fonte de tensão de 12 V fornece uma corrente de 20 mA para um circuito que possui um resistor que produz efeito Joule para toda energia fornecida. Qual a potência fornecida para o resistor e qual a sua Resistência.

7. Conceito de Energia elétrica • Baseado na definição de potência fornecida ou dissipada: • A energia elétrica fornecida ou consumida é definida por: • A unidade pode ser joule (J) ou watt.segundo (W.s). • Esta expressão é utilizada para o cálculo de energia consumida em circuitos eletrônicos, equipamentos eletrodomésticos, lâmpadas, máquinas elétricas, etc. • Para medida de consumo residencial a ordem de grandeza é maior e portanto utiliza-se o quilowatt.hora (kWh). • Para usinas hidroelétricas, temoelétrica, nuclear, etc, a unidade é o megawatt.hora (MW.h).

8. Conceito de Energia elétrica Fusível e Disjuntor São dispositivos de proteção de circuitos que limitam a sobrecarga de corrente. Eles são dimensionados para abrirem o circuito no limite de corrente nominal. Fusível: Possui filamento a base de estanho com baixo ponto de fusão que se funde quando a corrente que passa é maior do que a corrente nominal. Deve ser trocado após reparo da falha. Disjuntor: Apenas desarma, podendo ser rearmado após a correção da falha.

9. É o fim