O poder da lei de Watt (aplicativos - exercícios)
Faturamento de serviço elétrico depende do consumo do potência elétricaPortanto, é muito útil entender o que é, como é medido e como reduzir o consumo aplicando a lei de Watt. Além disso, é uma variável básica para o estudo de redes elétricas e no projeto de dispositivos elétricos.
O cientista Watt estabeleceu uma lei, que leva seu nome, que nos permite calcular essa importante variável. A seguir, o estudo desta lei e suas aplicações.
CONCEITOS BÁSICOS:
- Circuito elétrico: Interconexão de elementos elétricos através dos quais uma corrente elétrica pode fluir.
- Corrente elétrica: Fluxo de carga elétrica por unidade de tempo através de um material condutor. É medido em amperes (A).
- Tensão elétrica: Também conhecido como tensão elétrica ou diferença de potencial. É a energia necessária para mover uma carga elétrica através de um elemento. É medido em volts (V).
- Energia: Capacidade de fazer trabalho. É medido em joule (J) ou em watts-hora (Wh).
- Potência elétrica: quantidade de energia que um elemento fornece ou absorve em um determinado momento. A energia elétrica é medida em watts ou watts e é simbolizada pela letra W.
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Lei de Watt
A Lei de Watt afirma que "A energia elétrica que um dispositivo consome ou fornece é determinada pela voltagem e pela corrente que flui através do dispositivo."
A potência elétrica de um dispositivo, de acordo com a Lei de Watt, é dada pela expressão:
P = V x I
A energia elétrica é medida em watts (W). O “triângulo de potência” na Figura 1 é freqüentemente usado para determinar potência, tensão ou corrente elétrica.
Na figura 2 são mostradas as fórmulas contidas no triângulo de potência.
James Watt (Greenok, Escócia, 1736-1819)
Ele era um engenheiro mecânico, inventor e químico. Em 1775 ele fabricou motores a vapor, graças à sua contribuição para o desenvolvimento dessas máquinas, o desenvolvimento industrial começou. Ele é o criador do motor rotativo, motor de duplo efeito, instrumento indicador de pressão de vapor, entre outros.
No sistema internacional de unidades, a unidade de potência é o “watt” (Watt, W) em homenagem a este pioneiro.
Cálculo do consumo de energia e faturamento do serviço elétrico usando a lei de Watt
Partindo do fato de que a potência elétrica é a quantidade de energia que um elemento entrega ou absorve em um determinado tempo, a energia é dada pela fórmula da figura 3.
A energia elétrica é geralmente medida na unidade Wh, embora também possa ser medida em joule (1 J = 1 Ws) ou em cavalos de força (hp). Para fazer as diferentes medições, recomendamos que você leia nosso artigo sobre instrumentos de medição elétrica.
Exercício 1 aplicando a lei de Watt
Para o elemento na Figura 4, calcule:
- Potência absorvida
- Energia absorvida por 60 segundos
Exercício de solução 1
A.- A potência elétrica absorvida pelo elemento é determinada conforme figura 5.
B.- Energia absorvida
resultado:
p = 10 W; Energia = 600 J
Consumo de energia elétrica:
Os fornecedores de serviços de eletricidade estabelecem tarifas de acordo com o consumo de eletricidade - O consumo de energia elétrica depende da energia consumida por hora. É medido em quilowatts-hora (kWh) ou cavalos de força (hp).
Consumo de eletricidade = Energia = pt
Exercício 2 aplicando a lei de Watt
Para um relógio na Figura 8, é adquirida uma bateria de lítio de 3 V. A bateria tem uma energia armazenada de 6.000 joule de fábrica. Sabendo que o relógio consome uma corrente elétrica de 0.0001 A, em quantos dias será necessário trocar a bateria?
Exercício de solução 2
A energia elétrica consumida pela calculadora é determinada usando a Lei de Watt:
Se a energia consumida pela calculadora for dada pela relação Energia = pt, resolvendo o tempo "t", e substituindo os valores de energia e potência elétrica, obtém-se o tempo de vida da bateria. Veja a figura 6
A bateria tem capacidade para manter a calculadora ligada por 20.000.000 milhões de segundos, o que equivale a 7,7 meses.
resultado:
A bateria do relógio deve ser substituída após 7 meses.
Exercício 3 aplicando a lei de Watt
É necessário conhecer a estimativa de gastos mensais com o serviço de eletricidade para um local, sabendo que a tarifa de consumo de eletricidade é de 0,5 $ / kWh. A Figura 7 mostra os dispositivos que consomem eletricidade dentro das instalações:
- Carregador de telefone de 30 W, operando 4 horas por dia
- Computador desktop, 120 W, operando 8 horas por dia
- Lâmpada incandescente, 60 W, operando 8 horas por dia
- Candeeiro de secretária, 30 W, funciona 2 horas por dia
- Computador laptop, 60 W, operando 2 horas por dia
- TV, 20 W, operando 8 horas por dia
Solução:
Para determinar o consumo de eletricidade, utiliza-se a relação Consumo de energia = pt. 30 W e é usado 4 horas por dia, consumirá 120 Wh ou 0.120 Kwh por dia, conforme mostrado na figura 8.
A Tabela 1 mostra o cálculo do consumo elétrico dos aparelhos locais. 1.900 Wh ou 1.9 kWh são consumidos diariamente.
Com uma taxa de 0,5 $ / kWh, o serviço elétrico custará:
resultado:
O custo do serviço elétrico nas dependências é de R $ 28,5 por mês, para um consumo de 57 kWh por mês.
Convenção de sinais passivos:
Um elemento pode absorver ou fornecer energia. Quando a energia elétrica de um elemento tem sinal positivo, o elemento está absorvendo energia. Se a potência elétrica for negativa, o elemento está fornecendo energia elétrica. Veja a figura 9
Foi estabelecido como uma "convenção de sinais passivos" que a energia elétrica:
- É positivo se a corrente entrar pelo terminal positivo da tensão no elemento.
- É negativo se a corrente entrar pelo terminal negativo. Veja a figura 10
Exercício 4 aplicando a lei de Watt
Para os elementos mostrados na Figura 11, calcule a energia elétrica usando a convenção de sinal positivo e indique se o elemento fornece ou absorve energia:
Solução:
A Figura 12 mostra o cálculo da potência elétrica em cada dispositivo.
Resultar
PARA. (Lucro ano A) Quando a corrente entra pelo terminal positivo, a potência é positiva:
p = 20W, o elemento absorve energia.
B. (Lucro para o exercício B) Quando a corrente entra pelo terminal positivo, a potência é positiva:
p = - 6 W, o elemento fornece energia.
Conclusões para a Lei de Watt:
A energia elétrica, medida em watts (W), indica a rapidez com que a energia elétrica pode ser transformada.
A Lei de Watt fornece a equação para o cálculo da potência elétrica em sistemas elétricos, estabelecendo a relação direta entre potência, tensão e corrente elétrica: p = vi
O estudo da energia elétrica é útil para determinar o desempenho do equipamento, no projeto do mesmo para reduzir o consumo elétrico, para a cobrança do serviço elétrico, entre outras aplicações.
Quando um dispositivo consome energia a potência elétrica é positiva, se fornece energia a potência é negativa. Para a análise da potência em circuitos elétricos, geralmente é utilizada a convenção do sinal positivo, que indica que a potência em um elemento é positiva se a corrente elétrica entrar pelo terminal positivo.
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