Potência elétrica

A potência elétrica é uma grandeza física que mede o quanto de energia um circuito elétrico precisa para funcionar durante determinado tempo, influenciando assim no consumo de energia elétrica dos dispositivos elétricos. Quanto maior for a potência elétrica, maior será o gasto de energia. A potência elétrica pode ser usada para calcular a energia gasta em instalações elétricas.

Leia também: Dicas para economia de energia elétrica

Tópicos deste artigo

• 1 - Resumo sobre potência elétrica
• 2 - O que é potência elétrica?
• 3 - Unidade de medida da potência elétrica
  • Quais são as fórmulas da potência elétrica?
  • → Potência elétrica relacionada à resistência elétrica e à corrente elétrica
  • → Potência elétrica relacionada à tensão elétrica e à resistência elétrica
  • → Potência elétrica relacionada à tensão elétrica e à corrente elétrica
  • → Potência elétrica relacionada à energia e ao tempo
• 4 - Como calcular a potência elétrica?
• 5 - Tipos de potência elétrica
  • → Potência elétrica ativa
  • → Potência elétrica reativa
  • → Potência elétrica aparente
• 6 - Exercícios resolvidos sobre potência elétrica

Resumo sobre potência elétrica

• A potência elétrica mede a quantidade de energia elétrica concedida aos circuitos elétricos durante um intervalo de tempo.

• A unidade de medida da potência elétrica é o Watt.

• A potência elétrica pode ser calculada por meio das relações existentes entre a resistência elétrica, tensão elétrica e corrente elétrica.

• A potência elétrica pode ser ativa, reativa ou aparente.

• A potência ativa é aquela utilizada na transformação da energia elétrica em outra energia útil, ocasionando luz, movimento e calor, e medida em em quiloWatts (kW).

• A potência reativa é a potência inútil, que não foi utilizada pela potência ativa, medida em quiloVolt-Ampere reativo (kVAR).

• A potência aparente é a potência resultante em um circuito elétrico, medida em quiloWatt-Ampere (kW A).

O que é potência elétrica?

A potência elétrica é uma grandeza física escalar que mede a quantidade de energia elétrica concedida aos circuitos elétricos durante um intervalo de tempo. Quanto maior for a potência elétrica do aparelho, maior será a energia consumida por ele. É por isso que os chuveiros e ares-condicionados são os maiores consumidores de energia elétrica doméstica.

Unidade de medida da potência elétrica

De acordo com o Sistema Internacional de Unidades (S.I.), a unidade de medida da potência elétrica é o Watt, representado pela letra W, em homenagem ao cientista James Watt (1736-1819), patenteador da sua máquina copiadora, motor rotativo e outros e aperfeiçoador do motor a vapor.

Quais são as fórmulas da potência elétrica?

→ Potência elétrica relacionada à resistência elétrica e à corrente elétrica

\(P=R\cdot i^2\)

• P → potência elétrica, medida em Watt \([W ]\).

• R → resistência elétrica, medida em Ohm \([Ω ]\).

• i → corrente elétrica, medida em Ampere \([A ]\).

→ Potência elétrica relacionada à tensão elétrica e à resistência elétrica

\(P=\frac{U^2}R\)

• P → potência elétrica, medida em Watt \([W ]\).

• U → tensão elétrica, medida em Volt \([V ]\).

• R → resistência elétrica, medida em Ohm \([Ω ]\).

→ Potência elétrica relacionada à tensão elétrica e à corrente elétrica

\(P=i\cdot ∆U\)

• P → potência elétrica, medida em Watt \([W ]\).

• i → corrente elétrica, medida em Ampere \([A ]\).

• \(∆U\) → variação de tensão elétrica, também chamada de diferença de potencial elétrico, medida em Volt \([V ]\).

→ Potência elétrica relacionada à energia e ao tempo

\(P=\frac{E}{∆t}\)

• P → potência elétrica, medida em quiloWatt \([kW ]\).

• E → energia, medida em quiloWatt por hora \([kWh ]\).

• t → variação de tempo, medida em horas \( [h ]\).

Como calcular a potência elétrica?

A potência elétrica é calculada de acordo com as informações dadas pelos enunciados. Caso seja um exercício de consumo de energia elétrica, usaremos a fórmula da potência elétrica relacionada à energia e à variação de tempo. Porém, se for um exercício a respeito de circuitos elétricos, utilizaremos as fórmulas da potência elétrica relacionada à tensão elétrica, corrente elétrica e/ou resistência elétrica. A seguir, veremos exemplos dessas duas formas.

• Exemplo 1:

Qual a potência elétrica de um chuveiro que gasta uma energia mensal de 22500 Wh, sendo ligado todos os dias por 15 minutos?

Resolução:

Primeiramente, vamos converter os minutos para hora:

\(\frac{15\ min}{60\ min}=0,25\ h\)

Como ele é ligado todos os dias, mensalmente teremos:

\(0,25\ h\cdot 30\ dias=7,5\ h\)

Posteriormente, calcularemos a potência elétrica, por meio da fórmula que a relaciona à energia e à variação de tempo:

\(P=\frac{E}{∆t}\)

\(P=\frac{22500}{7,5}\)

\(P=3\ kW\)

O chuveiro elétrico possui uma potência elétrica de 3 kW ou 3000 Watts.

• Exemplo 2:

Qual a potência elétrica e a tensão elétrica em um circuito que possui um resistor de 100 Ω que é atravessado por uma corrente de 5 A?

Resolução:

Primeiramente, calcularemos a potência elétrica usando a fórmula que a relaciona à resistência elétrica e à corrente elétrica:

\(P=R\cdot i^2\)

\(P=100\cdot 5^2\)

\(P=100\cdot 25\)

\(P=2500\ W\)

\(P=2,5\ kW\)

Depois, calcularemos a tensão elétrica por meio da fórmula que a relaciona à potência elétrica e à resistência elétrica:

\(P=\frac{U^2}R\)

\(2500=\frac{U^2}{100}\)

\(U^2=2500\cdot 100\)

\(U^2=250000\)

\(U=\sqrt{250000}\)

\(U=500\ V\)

Entretanto, a tensão elétrica também poderia ter sido calculada usando a fórmula que a relaciona à potência elétrica e à corrente elétrica:

\(P=i\cdot ∆U\)

\(2500=5\cdot ∆U\)

\(∆U=\frac{2500}5\)

\(∆U=500\ V\)

Veja também: Primeira lei de Ohm — a relação da resistência elétrica com a tensão elétrica e a corrente elétrica

Tipos de potência elétrica

A potência elétrica pode ser tipificada como potência ativa, potência reativa ou potência aparente.

→ Potência elétrica ativa

A potência elétrica ativa, também chamada de potência elétrica real ou útil, é aquela transmitida para a carga capaz de converter a energia elétrica em outra forma de energia que possa ser utilizada (trabalho útil), produzindo luz, movimento e calor. Ela é medida em quiloWatts (kW).

→ Potência elétrica reativa

A potência elétrica reativa, também chamada de potência elétrica inútil, é aquela que não foi utilizada no processo de conversão da energia elétrica em outras formas de energia útil, sendo armazenada e restabelecida no gerador, servindo de caminho constante que a energia ativa percorre para gerar um trabalho útil e para magnetizar as bobinas de equipamentos. Ela é medida em quiloVolt-Ampere Reativo (kVAR).

→ Potência elétrica aparente

A potência elétrica aparente é a potência total em um circuito, sendo o somatório da potência ativa com a potência reativa. Ela é medida em quiloWatt-Ampere (kWA).

Exercícios resolvidos sobre potência elétrica

Questão 1

(PUC)

A geração de energia elétrica por meio da luz se dá pelo uso de células fotossensíveis, chamadas de células solares fotovoltaicas. As células fotovoltaicas em geral são constituídas de materiais semicondutores, com características cristalinas e depositadas sobre sílica. Essas células, agrupadas em módulos ou painéis, compõem os painéis solares fotovoltaicos. A quantidade de energia gerada por um painel solar é limitada pela sua potência, ou seja, um painel de 145 W, com seis horas úteis de Sol, gera aproximadamente 810 Watts por dia.

Fonte: http://www.sunlab.com.br/Energia_solar_Sunlab.htm

Assinale o número de horas em que o painel descrito consegue manter acesa uma lâmpada fluorescente de 9 Watts.

A) 9 h

B) 18 h

C) 58 h

D) 90 h

Resolução:

Alternativa D

Calcularemos a energia fornecida pelo painel elétrico por meio da fórmula que a relaciona com a potência e o tempo:

\(P=\frac{E}{∆t}\)

Com uma potência de aproximadamente 810 Watts por dia, temos a energia de:

\(810=\frac{E}{24}\)

\(E=810\cdot 24\)

\(E=19\ 440\ W\cdot h\)

Então, o consumo de energia da lâmpada durante o dia é:

\(9=\frac{E}{24}\)

\(E=9\cdot 24\)

\(E=216\ W\cdot h \)

Igualando a quantidade de energia gerada pelos painéis com o consumo de energia das lâmpadas, obtemos:

\(19440=216\cdot t \)

\(t=90\ h\)

Assim, as lâmpadas funcionam durante 90 horas quando conectadas ao painel.

Questão 2

(IFSP) Ao entrar em uma loja de materiais de construção, um eletricista vê o seguinte anúncio:

ECONOMIZE: Lâmpadas fluorescentes de 15 W têm a mesma luminosidade (iluminação)
que lâmpadas incandescentes de 60 W de potência.

De acordo com o anúncio, com o intuito de economizar energia elétrica, o eletricista troca uma lâmpada incandescente por uma fluorescente e conclui que, em 1 hora, a economia de energia elétrica, em kWh, será de

A) 0,015.

B) 0,025.

C) 0,030.

D) 0,040.

E) 0,045.

Resolução:

Alternativa E

Para calcularmos a economia de energia elétrica, calcularemos primeiramente o gasto de energia da lâmpada fluorescente e da incandescente, usando a fórmula da potência elétrica:

\(P=\frac{E}{∆t}\)

\(E=P\cdot ∆t\)

A energia da lâmpada fluorescente é:

\(E_{fluorescente}=P\cdot ∆t\)

\(E_{fluorescente}=15\cdot1\)

\(E_{fluorescente}=15\ Wh\)

Para obter o valor em quiloWatt-hora, precisamos dividir por 1000, então:

\(E_{fluorescente}=\frac{15\ Wh}{1000}=0,015\ kWh\)

A energia da lâmpada incandescente é:

\(E_{incandescente}=P\cdot∆t\)

\(E_{incandescente}=60\cdot1\)

\(E_{incandescente}=60\ Wh\)

Para encontrar o valor em quiloWatt-hora, precisamos dividir por 1000, então:

\(E_{incandescente}=\frac{60\ Wh}{1000}=0,060\ kWh\)

Portanto, a economia de energia elétrica é:

\(Economia=E_{incandescente}-E_{fluorescente}\)

\(Economia=0,060-0,015\)

\(Economia=0,045 \)

 

Por Pâmella Raphaella Melo
Professora de Física