Energia e Potência Eléctrica, Lei de Joule, Rendimento – Ficha de Trabalho

by admin

LEI DE JOULE

Definição:
Energia W – é a capacidade que um corpo tem de produzir trabalho. Produz-se trabalho quando se modifica o estado físico, químico ou de repouso de um corpo

Definição:
Potência – é a energia despendida por unidade de tempo:
com: W – energia (Joules – J)
P – potência (Watts – W)
t – tempo (segundos – s)

– Um dos efeitos que a passagem da corrente eléctrica produz é o efeito térmico ou calorífíco, que não é mais do que a transformação de energia eléctrica em energia calorífica, num condutor ou num receptor térmico.
– A este efeito dá-se o nome de efeito de Joule (físico inglês, 1841); resulta de choques entre os electrões livres e os átomos das substâncias constituintes dos condutores e dos receptores, sempre que é aplicada ao circuito uma determinada tensão eléctrica.

– Vantagens e inconvenientes do efeito de Joule (tem a ver com o objectivo):
– Se pretendermos aquecer o ambiente, águas, estufa, etc., é vantagem.
– Se não, é desvantagem, como por exemplo, nos PCs, áudio, passagem nos
condutores, etc., são perdas.

Lei:
Lei de Joule – A energia eléctrica que se transforma em energia calorífica num receptor (ou num condutor) é directamente proporcional à resistência eléctrica deste, ao quadrado da intensidade de corrente e ao tempo de passagem da corrente.

Matematicamente

Potência Eléctrica. Energia Eléctrica.

Definição:
Potência eléctrica útil – de um gerador em carga é definida como o produto da tensão U pela intensidade I fornecida.
Se desprezarmos as perdas nos condutores de ligação do circuito, então esta potência é toda entregue ao receptor, sendo também a potência eléctrica do receptor, isto é:
P= U.I

– Utilizando a lei de ohm já estudada, podemos deduzir que:
e que P = R . I2

– Podemos ainda deduzir que:
W = P . t = R . I2 . t

Existe uma forma compacta de representar todas estas relações entre as grandezas estudadas (I, U, R, P):

Perdas. Rendimento.
Definição:
Rendimento (de um gerador ou de um receptor) – é o quociente entre a energia útil (fornecida) e a energia absorvida:

com: miú – rendimento (sem unidades)
Wu – energia útil (joules)
Wa – energia absorvida (joules)

Definição:
Energia de Perdas – é a diferença entre a energia absorvida e a energia útil:
Wp=Wa-Wu

– O rendimento também pode ser função das potências:
Pu
miú = ——-
Pa

– Normalmente, o rendimento é dado em percentagem:
Wu Pu
miú = —— x 100 (%) ou miú = ——— x 100 (%)
Wa Pa

Internet:
http://br.geocities.com/saladefisica3/laboratorio/efeitojoule/efeitojoule.htm
. Efeito de Joule – Aumento/Diminuo R e vejo como reage a temperatura “do circuito”
http://br.geocities.com/saladefisica3/laboratorio/potencia/potencia.htm
. Sabendo algumas de U, I, R, ou P, vou ter de responder o valor das outras

Problemas:

1. Uma torradeira tem as seguintes características: 750 W, 230 V. Calcule:
a) A intensidade que ela absorve

b) O valor da sua resistência eléctrica

c) A energia eléctrica que consome (em kWh) durante 20 minutos

d) A intensidade e a potência absorvidas, se a ligássemos a 150 V.

2. Duas resistências eléctricas de 30  e 50  são ligadas a 24 V.
a) Admitindo que se encontram ligadas em série, calcule:
a1) As potências dissipadas em cada uma

a2) A potência total dissipada

a3) A energia consumida em ¾ de hora

b) Admitindo que se encontram ligadas em paralelo, calcule:
b1) As potências dissipadas em cada uma

b2) A potência total dissipada

b3) A energia consumida em ¾ de hora

3. Um motor eléctrico absorve, de uma rede, 5 A quando alimentado a 220 V. Calcule:
a) A potência eléctrica absorvida pelo motor

b) A potência mecânica (útil) do motor, sabendo que o seu rendimento é de 80%

c) As perdas totais do motor

4. Um receptor térmico absorve 1200 W quando é alimentado a 230 V. Supondo que lhe aplicamos 180 V, calcule:
a) A resistência eléctrica

b) A intensidade absorvida

c) A potência absorvida

d) A energia consumida durante 35 minutos

5. Uma resistência eléctrica de baixa potência tem as seguintes características: 10 kohm e ¼ W.
Calcule:
a) A intensidade máxima que ela suporta sem se danificar

b) A tensão máxima que se lhe pode aplicar

6. Pretende-se construir uma resistência eléctrica para um aquecedor de 500 W / 220 V. Utiliza-se fio de cromoníquel de secção igual a 0,4 mm2. Calcule:
a) A resistência do fio, a quente

b) O comprimento do fio

c) A intensidade absorvida

d) A resistência do fio, a frio (20ºC), sabendo que a quente atingiu os 500ºC