Energia em circuitos elétricos

Além da tensão e da corrente, há outro parâmetro importante relacionado aos circuitos elétricos: potência . Primeiro, precisamos entender o que é potência antes de analisá-la em qualquer circuito.

O que é potência e como o medimos?

A potência é uma medida de quanto trabalho pode ser executado em um determinado período de tempo. Trabalho é geralmente definido em termos de levantamento de um peso contra a força da gravidade. Quanto mais pesado for o peso e / ou mais alto for levantado, mais trabalho foi feito. Poder é uma medida de quão rapidamente uma quantidade padrão de trabalho é realizada.

Para automóveis americanos, a potência do motor é classificada em uma unidade chamada “potência”, inventada inicialmente como uma forma de os fabricantes de motores a vapor quantificarem a capacidade de trabalho de suas máquinas em termos da fonte de energia mais comum de sua época:os cavalos.

Um cavalo-vapor é definido em unidades britânicas como 550 ft-lbs de trabalho por segundo de tempo. A potência do motor de um carro não indica a altura de uma colina que ele pode subir ou quanto peso pode rebocar, mas indica o quão rápido pode subir uma colina específica ou rebocar um peso específico.

A potência de um motor mecânico é uma função tanto da velocidade do motor quanto de seu torque fornecido no eixo de saída. A velocidade do eixo de saída de um motor é medida em rotações por minuto, ou RPM.

Torque é a quantidade de força de torção produzida pelo motor e geralmente é medida em libras-pés ou lb-pés (não deve ser confundida com libras-pé ou libras-pés, que é a unidade para o trabalho). Nem a velocidade nem o torque por si só são uma medida da potência de um motor.

Um motor de trator a diesel de 100 cavalos de força girará relativamente devagar, mas fornecerá grande torque. Um motor de motocicleta de 100 cavalos girará muito rápido, mas fornecerá relativamente pouco torque. Ambos produzirão 100 cavalos de potência, mas em velocidades e torques diferentes. A equação para a potência do eixo é simples:







Observe como há apenas dois termos variáveis ​​no lado direito da equação, S e T. Todos os outros termos nesse lado são constantes:2, pi e 33.000 são constantes (eles não mudam de valor). A potência varia apenas com as mudanças na velocidade e no torque, nada mais. Podemos reescrever a equação para mostrar esta relação:







Como a unidade da "potência" não coincide exatamente com a velocidade em revoluções por minuto multiplicada pelo torque em libra-pés, não podemos dizer que a potência é igual ST. No entanto, eles são proporcionais um para o outro. Conforme o produto matemático de ST muda, o valor para cavalos de força mudará na mesma proporção.

Potência como uma função de tensão e corrente

Em circuitos elétricos, a energia é uma função tanto da tensão quanto da corrente. Não surpreendentemente, esta relação tem uma semelhança notável com a fórmula de potência "proporcional" acima:







Neste caso, entretanto, a potência (P) é exatamente igual à corrente (I) multiplicada pela tensão (E), ao invés de ser meramente proporcional ao IE. Ao usar esta fórmula, a unidade de medida de potência é o watt , abreviado com a letra “W.”

Deve ser entendido que nem a tensão nem a corrente, por si só, constituem energia. Em vez disso, a potência é a combinação de tensão e corrente em um circuito. Lembre-se de que a tensão é o trabalho específico (ou energia potencial) por unidade de carga, enquanto a corrente é a taxa na qual as cargas elétricas se movem através de um condutor.

A tensão (trabalho específico) é análogo ao trabalho realizado ao levantar um peso contra a força da gravidade. A corrente (taxa) é análoga à velocidade com que esse peso é levantado. Juntos, como um produto (multiplicação), a tensão (trabalho) e a corrente (taxa) constituem a potência.

Assim como no caso do motor de trator a diesel e do motor de motocicleta, um circuito com alta tensão e baixa corrente pode estar dissipando a mesma quantidade de potência que um circuito com baixa tensão e alta corrente. Nem a quantidade de tensão sozinha, nem a quantidade de corrente sozinha indicam a quantidade de energia em um circuito elétrico.

Alimentação em circuito aberto / curto

Em um circuito aberto, onde a tensão está presente entre os terminais da fonte e não há corrente zero, há zero energia dissipada, não importa o quão grande essa tensão possa ser. Uma vez que P =IE e I =0 e qualquer coisa multiplicada por zero é zero, a potência dissipada em qualquer circuito aberto deve ser zero.

Da mesma forma, se tivéssemos um curto-circuito construído com uma malha de fio supercondutor (resistência absolutamente zero), poderíamos ter uma condição de corrente na malha com tensão zero e, da mesma forma, nenhuma potência seria dissipada. Uma vez que P =IE e E =0 e qualquer coisa multiplicada por zero é zero, a potência dissipada em um circuito supercondutor deve ser zero. (Exploraremos o tópico da supercondutividade em um capítulo posterior).

Como a potência está relacionada aos watts?

Quer medamos a potência na unidade de "potência" ou na unidade de "watt", ainda estamos falando sobre a mesma coisa:quanto trabalho pode ser feito em um determinado período de tempo. As duas unidades não são numericamente iguais, mas expressam o mesmo tipo de coisa.

Na verdade, os fabricantes de automóveis europeus costumam anunciar a potência do motor em termos de quilowatts (kW), ou milhares de watts, em vez de cavalos de força! Essas duas unidades de poder estão relacionadas entre si por uma fórmula de conversão simples:







Portanto, nossos motores a diesel e motocicletas de 100 cavalos de potência também podem ser classificados como motores de “74570 watts”, ou mais apropriadamente, como motores de “74,57 quilowatts”. Nas especificações de engenharia europeias, essa classificação seria a norma, e não a exceção.

REVER:

• Potência é a medida de quanto trabalho pode ser feito em um determinado período de tempo.
• A potência mecânica é comumente medida (na América) em “cavalos de força”.
• A energia elétrica quase sempre é medida em “watts” e pode ser calculada pela fórmula P =IE.
• A energia elétrica é um produto de tensão e atual, nenhum separadamente.
• A potência e os watts são apenas duas unidades diferentes para descrever o mesmo tipo de medida física, com 1 cavalo-vapor igual a 745,7 watts.

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