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sábado, 10 de maio de 2014

Potência elétrica Cálculo do consumo de energia elétrica

Muitas vezes, na propaganda de certos produtos de eletrônicos, destaca-se a sua potência. Podemos citar como exemplos os aparelhos de som, os chuveiros e as fontes dos microcomputadores.

Sabemos que esses aparelhos necessitam de energia elétrica para funcionar. Ao receberem essa energia elétrica, eles a transformam em outra forma de energia. No caso do chuveiro, por exemplo, a energia elétrica é transformada em energia térmica.

Quanto mais energia for transformada em um menor intervalo de tempo, maior será a potência do aparelho. Portanto, podemos concluir que potência elétrica é uma grandeza que mede a rapidez com que a energia elétrica é transformada em outra forma de energia.

Define-se potência elétrica como a razão entre a energia elétrica transformada e o intervalo de tempo dessa transformação. Observe o quadro abaixo:

A definição de potência elétrica, como se vê no quadro acima, não é o único modo que nós temos para a sua determinação. Na eletrodinâmica, lidamos muito com os valores de tensão elétrica e corrente elétrica, e, portanto, nos seria muito útil termos uma maneira de determinar a potência elétrica sabendo os valores dessas grandezas.

Considere então um dispositivo que esteja participando de um circuito elétrico. Esse dispositivo é chamado de bipolo e possui dois terminais, um por onde a corrente entra e outro por onde a corrente sai. Pilhas e lâmpadas são exemplos de bipolos.

Para a corrente passar por esse bipolo, é necessário que seja estabelecida uma diferença de potencial (U) nos seus terminais, ou seja, uma tensão. Sabendo-se o valor dessa tensão e o valor da corrente que flui pelo bipolo, podemos calcular o valor da potência elétrica através da formula mostrada no quadro abaixo.



Potência elétrica dissipada
Quando utilizamos algum aparelho que funciona à base de transformação de energia, podemos observar que ele esquenta durante o seu funcionamento. Isso não é diferente quando estamos lidando com aparelhos que funcionam à base de energia elétrica.

Esse aquecimento é conhecido como efeito Joule, e ele é fruto das colisões que os elétrons sofrem contra os átomos e íons que pertencem ao condutor. A energia que é drenada nesse aquecimento é chamada de energia dissipada.

Existem aparelhos que têm como objetivo dissipar toda a energia elétrica e transformá-la em energia térmica. Temos muitos exemplos cotidianos de aparelhos que funcionam assim, o chuveiro, o ferro de passar, o forno elétrico, o secador de cabelo, etc.

Os aparelhos citados são providos de resistores. Esses resistores são dispositivos que transformam integralmente a energia elétrica em energia térmica, e por isso, quando a corrente elétrica flui por ele, ele esquenta.

Se tomarmos a lei de Ohm, junto com a fórmula que se encontra no segundo quadro deste artigo, é possível determinar o valor da potência elétrica dissipada. Observe o quadro abaixo:



Com as duas últimas fórmulas do quadro, é possível determinar a potência dissipada e, com a fórmula que se encontra no canto inferior direito do quadro, pode-se responder uma pergunta que várias vezes é levantada nas aulas de física sobre esse assunto: "Quando colocamos a chave do chuveiro na posição inverno, aumentamos ou diminuímos a resistência do chuveiro?"

O chuveiro é ligado a uma tensão praticamente constante. Na posição inverno, a água sai mais quente e por isso está havendo uma maior dissipação de energia. Se a tensão é constante, para ocorrer o aumento da potência é necessário diminuirmos o valor da resistência. Observe a fórmula mencionada, a resistência está no denominador, e por isso a sua redução acarreta no aumento da potência dissipada.

Unidades de potência e energia elétrica
Nos livros didáticos em geral, são adotados dois sistemas de unidades, o Sistema Internacional e o sistema prático. Vamos ver as unidades de potência e energia elétrica nesses dois sistemas.

# potência elétrica
As duas unidades de potência mais usadas são o watt (W) e o quilowatt (kW). Elas estão representadas no quadro abaixo, assim como a conversão entre elas:

energia elétrica
No Sistema Internacional, a unidade de energia elétrica é o joule (J), mas na prática usamos o quilowatt hora (kWh). A conta de consumo de eletricidade da sua residência vem nessa unidade. Observe a figura a seguir:



Note que o kWh é uma unidade de medida grande e por isso ela é compatível para o uso nas medidas de energia elétrica. Imagine que sem avisar a companhia de fornecimento de energia elétrica resolvesse enviar a conta de luz em joules. O valor da energia consumida seria o valor em kWh multiplicado por 3.600.000J. O resultado seria um valor muito grande que no mínimo resultaria em um susto no dono da conta.

Cálculo do consumo de energia elétrica
Vamos por meio de um exemplo bem simples ver como é feito o cálculo do consumo de energia elétrica. Considere um banho de 10 minutos em um chuveiro elétrico de potência de 5.200W. Primeiro, devemos passar a potência do chuveiro para kW e o tempo do banho para horas.



Com a potência em kW e o tempo em horas, o resultado do consumo já sairá em kWh. Para obter esse consumo, usaremos a formula que foi apresentada na primeira figura deste artigo, pois nós temos o tempo e a potência do chuveiro.

Se soubermos o valor do kWh cobrado pela concessionária, poderemos determinar qual foi o custo desse banho. Vamos tomar o preço cobrado pela concessionária que fornece energia na minha casa, que vale R$ 0,32, e vamos multiplicar esse valor pelo valor da energia consumida durante o banho, nesse caso, 0,87kWh.





Um valor relativamente pequeno, mas se considerarmos uma família com quatro membros, cada um tomando um banho de 10 minutos por dia, teremos um consumo diário de mais de um real. Se pensarmos no consumo mensal, teremos na conta mais de trinta reais devido somente aos banhos da família.

Então podemos concluir que o chuveiro realmente é responsável por uma fatia significativa na despesa mensal com a conta de luz.
* Paulo Augusto Bisquolo é professor de física do colégio COC-Santos (SP).

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