Potência Elétrica – Lei de Ohm – Energia Elétrica

Agora vamos analisar o circuito elétrico sob o ponto de vista da energia onde abordaremos os conceitos de Efeito Joule, Potência Elétrica e Energia Elétrica.

A prévia leitura dos tutoriais O Volt e Lei de Ohm é fundamental para o entendimento destes conceitos.

O significado físico da resistência elétrica é provocar uma perda na energia potencial das cargas elétricas devida ao trabalho despendido para transportá-las através do condutor.
Como a Energia não se perde, apenas muda de forma, esta perda, na verdade, será a transformação da energia potencial contida nas cargas elétricas em uma outra forma de energia, a energia térmica (calor), provocando uma elevação na temperatura do condutor, conhecida como Efeito Joule, que é causada pela colisão das cargas elétricas com os átomos constituintes do material condutor

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Uma carga elétrica, ao percorrer o circuito até chegar ao pólo negativo da fonte, isto é, até retornar à origem do campo elétrico, terá que necessariamente ter consumido toda a energia potencial que havia recebido da fonte, conforme já vimos no tutorial sobre o Volt e na definição de Energia Potencial Elétrica.
Essa energia será toda transformada em calor devido ao Efeito Joule.

A intensidade com que ocorre a transformação de energia potencial em calor é chamada de Potência Elétrica e pode ser calculada como a quantidade de cargas que fluem pelo circuito a cada instante, multiplicada pela diferença de potencial que as impulsiona.

Se V = diferença de potencial (Volts) e I = quantidade de cargas por unidade de tempo (Amperes), temos:  P (potência) = V * I

A unidade de engenharia que denomina potência é o Watt (W) e W = Volts x Amperes.

No circuito abaixo podemos calcular a potência fornecida pela fonte, temos que: P = 10V x 1A são 10W (P = V * I).

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A potência de 10W fornecida pela fonte será dissipada ao longo do circuito e podemos calcular quanto foi dissipado em cada resistência:

Resistência de 2 Ohms: 2V x 1A= 2W
Resistência de 3 Ohms: 3V x 1A= 3W   
Resistência de 5 Ohms: 5V x 1A= 5W

Então a potência total dissipada no circuito é: 2W + 3W + 5W = 10W, conforme queríamos demonstrar.

Uma outra fórmula para o cálculo da potência pode ser obtida se substituirmos V na fórmula P = V x I, pela primeira fórmula da Lei de Ohm (V = R x I), então teremos:
P = (R x I) x I ou P = R x I2.

Podemos expandir o conceito de potência dizendo que potência é a velocidade com que uma forma de energia é transformada em outra.

Exemplos:
Em um motor elétrico a energia elétrica é transformada em energia mecânica e a intensidade com que ocorre esta transformação é a potência.
Em um motor a combustão, a energia química do combustível é transformada em energia térmica (calor), e uma parte deste calor é transformado em energia mecânica.

Concluindo, precisamos salientar que a potência elétrica nem sempre é transformada em calor, isto só ocorre em circuitos puramente resistivos, em motores elétricos a potência elétrica é transformada em potência mecânica e apenas uma pequena parte é transformada em calor, devido as perdas térmicas do motor (rendimento menor que 100%).
                               
A Energia Elétrica

A quantidade de energia que uma fonte fornece ao seu circuito é proporcional ao tempo em que ficou em funcionamento. Assim, temos que Energia = Potência x tempo.

Como a unidade de tempo mais utilizada é a hora, temos que:

Energia= Watt x hora ou Wh.

A unidade de potência elétrica normalmente utilizada é kW (1000 Watts) e, portanto, a energia elétrica é expressa em kWh, conforme aparece nas contas de energia elétrica. Então, para calcular o valor gasto por um equipamento, basta multiplicar o kWh pelo custo cobrado pela sua prestadora.

Exemplo: Custo do uso de uma lâmpada de 50W.

kWh = Tempo em uso x potência -> 5h x 50W = 250Wh, em um período de 30 dias -> 250Wh * 30 = 7500Wh ou 7,5kW.
 
Custo = valor do kWh x energia consumida -> R$0,52* x 7,5kWh = R$3,90

* custo médio no estado do Rio Grande do Sul.



Elaborado por C. Zardo (zardo@tecnolog.ind.br) em 11/02/2009.