Fisica 1

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Roteiro de Aula Prática

2º Semestre 2015

Curso: ENGENHARIA DE PRODUÇÃO

Período/Série: 4º

Turno: Noturno

Componente Curricular:ELETRICIDADE APLICADA

Código: 38054

 AULA PRÁTICA Nº 04/2014

Potência Elétrica e Energia

1. OBJETIVOS

1.1 Levantar a curva de potência em função da corrente que circula por um resistor;

1.2 Observar a efeito Joule.

1. CONCEITUAÇÃO TEÓRICA

A potência elétrica é uma grandeza é uma grandeza que mede quanto (conversão de energia, de uma forma para outra) pode ser realizado em um certo período de tempo., por um dispositivo elétrico, ou seja, é a rapidez com que um trabalho é executado. Como a energia é medida em joule [J] e o tempo em segundo [s], a potência é medida em joule por segundo [J/s] que também é denominada d watt [W]. Assim, temos:

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Num circuito elétrico, a potência pode ser também definida como sendo a quantidade de carga elétrica Q que uma fonte de tensão V pode fornecer ao circuito, num intervalo de tempo Δt, ou seja:

                        

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Embora as expressões acima sejam correspondentes, por motivos práticos (medição) utiliza-se uma terceira expressão que leva em consideração a corrente circulante no circuito e a tensão ao qual ele está submetido. Assim, se na equação (2) temos que a relação  entre carga e tempo é a definição decorrente elétrica, logo temos a equação (3) abaixo:

 

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Substituindo a equação (3) na equação (2) temos que :

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Relacionando a expressão (4) com a primeira lei de Ohm (definição de resistência elétrica), vista anteriormente e relembrada abaixo, teremos outras duas equações que podem representar a potência dissipada por uma resistência, quais sejam:

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1. substituindo a tensão da equação (5), na equação (4), temos a potência dissipada pelo resistor em função da resistência e da corrente que por ela passa, ou seja:

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1. substituindo a corrente da equação (5), na equação (4), a potência dissipada será expressa através do valor da resistência do circuito e da tensão à qual ela está submetida, ou seja:

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O circuito abaixo mostra transformação da energia elétrica em energia térmica. Inúmeros dispositivos elétricos aproveitam o efeito térmico da transformação de energia, tais como: chuveiro, secador, ferro elétrico, soldador, lâmpada incandescente, etc. Esses dispositivos são basicamente, constituídos por resistências.

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FIG. 1 – Circuito de transformação de energia elétrica em térmica.

Um sistema pode FORNECER ou CONSUMIR potência. Para distinguir entre as duas possibilidades, devemos observar a polaridade da tensão aplicada bem como o sentido da corrente que percorre o circuito.

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FIG. 2 – Potência fornecida (a) e absorvida (b),  por fontes de tensão CC.

No caso das fontes de tensão de corrente contínua, a potência estará sendo FORNECIDA pela fonte se o sentido da corrente estiver SAINDO DO TERMINAL POSITIVO (+)  da mesma. Note que este é o sentido da corrente em qualquer circuito com uma única fonte de tensão. Se, por outro lado, o sentido da corrente estiver ENTRANDO NO TERMINAL POSITIVO (+) da fonte (ocasião em que houver mais de uma fonte no circuito) ela estará consumindo potência. Esse processo é semelhante ao que acontece quando uma bateria está sendo carregada. A figura 2 representa as duas situações descritas.

No caso de elementos PURAMENTE RESISTIVOS, toda a potência é dissipada em forma de calor, QUALQUER QUE SEJA O SENTIDO DA CORRENTE. Isto acontece porque, neste caso, a polaridade da ddp (diferença de potencial) entre os terminais do resistor é determinada pelo sentido da corrente que por ele passa, de tal forma que, a corrente SEMPRE ENTRA , no resistor, pelo terminal de POTENCIAL MAIS ALTO, o que corresponde à situação em que a potência é CONSUMIDA.

MEDIDORES DE POTÊNCIA

Existem instrumentos que podem medir potência fornecida por uma fonte a um elemento dissipativo. Como a potência depende da tensão, nele aplicada, e da corrente que o percorre o aparelho possui duas bobinas que serão sensibilizadas por essas duas variáveis, a bobina de tensão (BT) e a bobina de corrente (BC). Estas bobinas devem estar conectadas corretamente, como mostrado na figura 3, para que a deflexão do ponteiro seja no sentido crescente. Caso contrário, a deflexão será no sentido contrário, caracterizando a inversão da polaridade das bobinas. Em alguns aparelhos existem vários terminais de tensão e corrente que permitirão uma escolha da faixa de valores a serem utilizados.

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FIG. 3 – Conexão correta de um medidor de potência.

EFICIÊNCIA ou RENDIMENTO (η)

Em todo e qualquer sistema, seja ele elétrico ou não, as perdas são inevitáveis sendo que, o máximo que se pode fazer é minimiza-las o máximo possível. A figura 4 mostra o fluxo de energia em um sistema qualquer. De acordo com o Princípio de Conservação de Energia temos:

Energia de Entrada  =  Energia de Saída  +  Energia Perdida  +  Energia Armazenada

Dividindo-se os dois membros da equação pelo tempo teremos:

Potência de Entrada  =  Potência de Saída  +  Potência Perdida  +  Potência Armazenada