Energia (w ou E)

• Energia é a capacidade de um corpo, substância ou sistema físico de realizar trabalho

• Trabalho, medido em Joules [J], representa quanta energia é transferida pela aplicação de uma força em um certo deslocamento

• Na física elétrica, o trabalho é executado por uma força eletromotriz externa ao sistema (circuito), conhecida como tensão ou diferença de potencial

Potência instantânea (p) e Energia• Corrente e tensão não são suficientes para descrever um circuito elétrico.

Na prática, é preciso saber quanta potência um dispositivo elétrico dissipa.

• Potência é a variação da energia (liberada ou absorvida) em função da variação do tempo, medida em Watts [W]

Em circuitos CC: 𝑝 = 𝑣. 𝑖 (tensão x corrente)

• Energia é diferente de potência! Energia é potência vezes o tempo: 𝐸 = 𝑃. 𝑡

• Na eletrotécnica usa-se a unidade do watt-hora: 1𝑊ℎ = 3600 𝐽

Potência instantânea (p)• Potência positiva é a que está sendo fornecida para o elemento

• Potência negativa é a que o elemento está fornecendo

• Ex2 – Uma fonte de energia força uma corrente constante de 2 A por 10 s a fluir através de uma lâmpada. Se 2,3 kJ forem fornecidos na forma de luz e aquecimento, calcule a queda de tensão através da lâmpada. R:115V

• Ex3 – Quanta energia uma lâmpada de 100W consome em 2 horas? R:720kJ ou 200Wh.

• Note que, até agora, não foi apresentado o conceito de resistência!

Potência CA• A potência instantânea é o

produto da tensão pela corrente de um circuito em um determinado tempo

• A corrente e a tensão usadas na maioria das instalações possuem função senoidal periódica, de forma 𝑣 𝑡 = 𝑉𝑚á𝑥. cos 𝜔𝑡

• Assim, a potência também é variável no tempo.

Potência CA - monofásica

• Um gerador de energia monofásico em CA possui, na saída, um único sinal periódico do tipo senoidal

• O movimento relativo entre as bobinas do rotor e o campo magnético do estator faz com que a tensão na saída do equipamento varie, de 𝑉𝑚í𝑛 até 𝑉𝑚á𝑥, em um certo tempo período

• A carga alimentada por um gerador CA também terá sua tensão variando dessa forma

• Dependendo do tipo de carga (resistiva, indutiva ou capacitiva), a relação entre tensão e corrente se altera

Potência CA – ondas senoidais• Para explicar como a potência em CA se comporta, é necessário compreender os

conceitos de ondas senoidais defasadas no tempo e do valor eficaz de um sinal

Potência CA – Circuitos trifásicos• Um gerador monofásico possui apenas um enrolamento que, submetido à ação

de um campo magnético, produz apenas uma fase

• O número de fases é proporcional ao número de enrolamentos em grandes geradores, pois sistemas trifásicos são mais econômicos do que os monofásicos, para a mesma potência

Potência CA – Fator de potência (FP)• Fator de potência é o cosseno do ângulo

de defasagem entre a corrente e a tensão, em qualquer circuito

• Para circuitos monofásicos: 𝑃 = 𝑉. 𝐼. 𝐹𝑃

• Para circuitos trifásicos: 𝑃 = 3. 𝑉. 𝐼. 𝐹𝑃

• Potência aparente, N, ou S, é a soma vetorial das potências ativa P e reativa Q

• O fator de potência pode ser definido,

então, como: 𝐹𝑃 =𝑃

𝑆

• Pode-se escrever: 𝑃 = 𝑆𝑐𝑜𝑠𝜑

𝑆2 = 𝑃2 + 𝑄²

Exercícios1) Uma torradeira de 1,2 kW necessita de 4 minutos para aquecer 4 fatias de pão.

Determinar o custo da operação da torradeira, se ela for usada uma vez ao dia, por 1 mês. Considere que o custo da energia é de 9 centavos/kWh. R: 21,6 centavos

2) Um aquecedor de 1,5 kW está conectado a uma fonte de 120 V. Calcule:

a. Quanta corrente o aquecedor irá drenar

b. Quanta energia será consumida, se o aquecedor ficar ligado por 45 minutos

c. O custo de operação do aquecedor ligado por 45 minutos, se cada kWh custa 70 centavos.

d. Refaça os itens 𝑎 a 𝑐, se o equipamento em questão fosse um motor trifásico, com 𝑓𝑝 = 0,8.

Exercícios para estudo: Alexander, Sadiku, 4ª Ed: 1.1; 1.5; 1.7; 1.11; 1.19

Circuitos em série e em paralelo• Circuitos em série são

aqueles que a mesma corrente percorre todos os

seus elementos. A resistência equivalente nesses circuitos é

a soma de todas as resistências

• Circuitos em paralelo são aqueles que a corrente divide-se entre os

elementos do circuito. A tensão é a mesma entre os nós do circuito. A

resistência equivalente nesses circuitos é

•1

𝑅=

1

𝑅1+

1

𝑅2+⋯+

1

𝑅𝑛