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Física - Ensino Médio
Curso: Física - Ensino Médio > Unidade 12
Lição 2: Potência e circuitos elétricosPotência elétrica
Neste vídeo Davi deriva a fórmula para encontrar a potência utilizada por um resistor. Versão original criada por David SantoPietro.
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Transcrição de vídeo
RKA10GM - Vamos falar neste vídeo
sobre potência elétrica. Quando você tem um resistor e existe uma diferença
de potencial aplicada nele... vamos dizer que aqui tenha um potencial Vᴀ
e aqui tenha um potencial Vʙ, e essa diferença de potencial faz com que passe
uma corrente elétrica nesse resistor. O potencial Vᴀ é dado, por definição, como a energia
potencial elétrica no ponto "A" dividida pela carga. E o potencial no ponto "B" é a energia potencial
elétrica no ponto "B" dividida pela carga. A diferença de potencial vai ser dada por Vʙ menos Vᴀ, ou seja, vai ser a energia potencial dada em "B" menos a energia potencial
dada em "A" sobre a carga. Quando você tem uma carga
elétrica passando, tem um maior potencial
do lado esquerdo e tem um menor potencial
do lado direito. Convencionalmente, são as cargas
elétricas positivas que trafegam. Isso se deve,
historicamente, a Benjamin Franklin, que batizou as cargas vítreas como positivas
e as cargas resinosas como negativas, que eram do âmbar e do vidro, e não se sabia
a natureza atômica naquela época. Mas não faz diferença se são elétrons
que estão trafegando da direita para a esquerda ou se são prótons que estão
trafegando da esquerda para a direita. Na realidade, não são prótons. Aqui você tem um potencial maior, aqui tem um potencial menor, e a carga vai do potencial maior
para o potencial menor. Existe uma diferença
de energia potencial elétrica. Por exemplo, vamos dar um número: se o potencial nesse terminal
for de 6 joules por coulomb (J/C) e o potencial em Vʙ for de 2 J/C, significa que quando você passa
uma corrente de 1 ampere (A)... uma corrente de 1 A é 1 C/s. Ou seja, quando você passa 1 C em 1 segundo, perdeu a energia de 4 J. E para onde foi essa energia? Essa energia, você poderia pensar: "peraí, estou acostumado que quando um determinado
objeto cai de uma determinada altura, tenho a energia potencial gravitacional mgh,
que é alta e que vai se transformar em energia cinética. Ou seja, a energia cinética sobe,
enquanto que a energia potencial gravitacional desce. Você perdeu energia potencial gravitacional
e ganhou energia cinética. Mas quando você bate aqui no chão, vai transformar essa energia cinética,
toda essa energia, em energia térmica, energia sonora, deformação do corpo. Então, o que acontece dentro do resistor
é que existe uma malha eletrônica, são elétrons que estão
andando dentro desse resistor, que está se chocando com esses elétrons
e está e se aquecendo. Eesse aquecimento que ocorre em cima do resistor,
e ele pode aquecer tanto que pode até se romper, é o que chamamos de aquecimento
por Efeito Joule. O Efeito Joule é a perda de energia,
é a variação de energia, que vai para a energia térmica. É uma energia que não é aproveitada. Voltando à nossa diferença de potencial,
podemos ver uma coisa bem interessante: quando tratamos de potência, a potência vai ser a variação de energia,
ou trabalho realizado, sobre o tempo. Essa variação de energia
vai ser dada como? Você tem que o potencial no ponto "A"
é a energia potencial elétrica no ponto A/q. O potencial no ponto "B"
é a energia potencial elétrica no ponto B/q. Ou seja, se passamos este "q"
para cá multiplicando, vamos ter que a energia
potencial elétrica no ponto "A" vai ser igual a "q" vezes Vᴀ. E a energia potencial elétrica no ponto "B"
vai ser "q" vezes Vʙ. Então, quando você tem
uma variação de energia, vai ter a energia potencial no ponto "B" menos a energia potencial no ponto "A",
tudo isso sobre o tempo. Mas essa energia potencial
você pode colocar como sendo: qVʙ menos qVᴀ sobre o tempo. Botando "q" em evidência, temos: q(Vʙ - Vᴀ) sobre o tempo. Agora tem uma coisa
muito interessante acontecendo. Temos que: Vʙ menos Vᴀ é a diferença de potencial. Mas a carga que passa pelo tempo é o que chamamos
de intensidade de corrente elétrica. É a quantidade de carga que passa
pelo tempo dado em coulomb por segundo. Temos que a diferença
de potencial vai ser Vʙ menos Vᴀ. Mas a unidade de Vᴀ e de Vʙ
é a energia potencial de "B", que é dado em joule,
e pela carga, que é dada em coulomb. E a energia potencial de "A" é dada em joule,
e a carga é dada em coulomb. Portanto, essa unidade vai ser joule por coulomb. A unidade da diferença de potencial
vai ser a energia potencial, ou trabalho realizado,
dividida pela carga. Ou seja, é o quanto você precisa de energia para passar de um maior potencial
para um menor potencial. Isso é o que se chama
de diferença de potencial. Eu quero saber de quantos joules
preciso para que cada coulomb passe. Portanto, a diferença de potencial
é dada em joule por coulomb. Veja: a diferença de potencial
é dada em joule por coulomb e a intensidade da corrente elétrica
é dada em coulomb por segundo. Então, vamos chegar
em uma expressão muito interessante: primeiro, aqui temos que a carga sobre o tempo
é a intensidade da corrente elétrica, e aqui temos que Vᴀ menos Vʙ
é a diferença de potencial. Ou seja, a intensidade da corrente elétrica
vezes a diferença de potencial dá a potência. Vamos ver se isso está
de acordo com a unidade. A unidade da corrente elétrica
é coulomb por segundo, e a unidade da diferença
de potencial é joule por coulomb. Cortando coulomb com coulomb,
vamos ter joule por segundo. Joule é medida de energia ou de trabalho,
e segundo é medida de tempo. Significa que joule por segundo é medida de watts,
que é a medida de potência. Portanto, quando você multiplica
coulomb por segundo, que é a intensidade da corrente elétrica
vezes joule por coulomb, que é a diferença de potencial,
você obtém joule por segundo, que é watts, ou seja, isso é potência elétrica. É interessante falar sobre potência elétrica,
pois temos essa equação agora, em que a potência elétrica e a intensidade
da corrente elétrica vezes a diferença de potencial. Também temos pela lei de Ohm que a diferença
de potencial é igual a "R" vezes "i". Portanto, podemos substituir nessa equação e fazer várias outras equações
que envolvam potência. Ou seja, a potência pode
ser igual a "i" vezes... no lugar de ΔV, eu coloco "R" vezes "i". "i" vezes "i" fica i², vezes "R". A outra maneira é
dizer que potência é: se eu tenho que ΔV é igual a "R" vezes "i", tenho que "i" é igual a ΔV sobre "R". No lugar de "i" nesta equação, eu posso botar ΔV sobre "R" vezes ΔV. Posso escrever
essa expressão como sendo ΔV, a diferença de potencial,
ao quadrado, sobre "R", e isso também vai ser potência. Portanto, você tem
essa expressão que dá a potência, quando é interessante você usar
a diferença de potencial e a resistência. Você tem a potência dada em intensidade
de corrente elétrica e resistência, quando você tem a intensidade da corrente elétrica
e a resistência e quer saber a potência. E você tem a potência como a intensidade
da corrente elétrica vezes a diferença de potencial.