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3ª série · Física
A energia · Os circuitos elétricos

Potência e consumo elétrico

Um forno elétrico e uma lâmpada LED fazem a mesma coisa: transformam energia elétrica em outra forma (calor, luz). Só que o forno faz isso com força total, e a lâmpada quase não gasta nada. Essa diferença se chama potência, e é ela que explica por que uns aparelhos pesam tanto na conta de luz.

A potência: energia a cada segundo

Ligue uma lâmpada LED de $10\ \text{W}$ e um aquecedor de $2000\ \text{W}$ na mesma tensão (as tomadas das casas brasileiras são de $127\ \text{V}$ ou de $220\ \text{V}$, conforme a região). O aquecedor esquenta o ambiente em poucos segundos, e a lâmpada mal fica morna. Por que dois aparelhos ligados à mesma tensão transformam quantidades tão diferentes de energia a cada segundo?

Comparação da potência de três aparelhos ligados à mesma tensão: lâmpada LED de 10 W, secador de 1500 W e forno de 2500 W; a área de cada quadrado é proporcional à potência. Energia a cada segundo (área proporcional à potência) LED 10 W secador 1500 W forno 2500 W
Pratica★☆☆Por começar
Uma torradeira ligada a $230\ \text{V}$ é percorrida por uma corrente de $2\ \text{A}$. Calcule a potência dela em watts.

Uma torradeira ligada a $230\ \text{V}$ é percorrida por uma corrente de $2\ \text{A}$. Calcule a potência dela em watts.

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Pratica★☆☆Por começar
O carregador de um celular trabalha a $5\ \text{V}$ e fornece uma corrente de $2\ \text{A}$. Que potência fornece ao celular?

O carregador de um celular trabalha a $5\ \text{V}$ e fornece uma corrente de $2\ \text{A}$. Que potência fornece ao celular?

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Pratica★☆☆Por começar
Ordene por ordem crescente de potência típica os seguintes aparelhos: um forno ($2500\ \text{W}$), uma lâmpada LED ($10\ \text{W}$), uma televisão ($100\ \text{W}$) e um…

Ordene por ordem crescente de potência típica os seguintes aparelhos: um forno ($2500\ \text{W}$), uma lâmpada LED ($10\ \text{W}$), uma televisão ($100\ \text{W}$) e um secador de cabelo ($1500\ \text{W}$), como mostra a figura.

5001000150020002500 P (W) 2500 W10 W100 W1500 W fornoLEDtelevisãosecador

Qual transforma mais energia elétrica a cada segundo?

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Da potência à corrente

Na etiqueta de um micro-ondas você lê apenas "$230\ \text{V}$" e "$1150\ \text{W}$". Mas é preciso saber quantos ampères vão passar pelo fio para não sobrecarregar a tomada. Como descobrir a corrente se o fabricante só informa a potência?

Triângulo mnemônico de P = U · i: a potência P em cima, e a tensão U e a corrente i embaixo, separadas de P por uma linha horizontal e entre si por uma linha vertical. Triângulo de P = U · i P U i Tape a grandeza que procura e leia a operação que sobra P = U · i U = P / i i = P / U
Pratica★☆☆Por começar
Um radiador elétrico de $1150\ \text{W}$ é ligado à rede de $230\ \text{V}$. Que intensidade da corrente passa por ele?

Um radiador elétrico de $1150\ \text{W}$ é ligado à rede de $230\ \text{V}$. Que intensidade da corrente passa por ele?

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Pratica★★☆Por começar
Um forno de $2300\ \text{W}$ está ligado à rede de $230\ \text{V}$. a) Que intensidade da corrente passa por ele? b) A tomada e o cabo da cozinha suportam até…

Um forno de $2300\ \text{W}$ está ligado à rede de $230\ \text{V}$.

  1. a) Que intensidade da corrente passa por ele?
  2. b) A tomada e o cabo da cozinha suportam até $16\ \text{A}$: há perigo de sobrecarga utilizando apenas o forno? Justifique.
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Potência e energia não são a mesma coisa

Um secador de $2000\ \text{W}$ usado por dez minutos quase não mexe no medidor de energia. Já uma geladeira de apenas $150\ \text{W}$, ligada dia e noite, responde por boa parte da conta no fim do mês. De que grandezas depende, de fato, a energia que pagamos?

Um aquecedor de 1 kW que funciona por 1 hora (relógio com uma volta completa do ponteiro dos minutos) faz o medidor de energia avançar 1 kWh. 1 kW durante 1 h = 1 kWh
Pratica★☆☆Por começar
Na conta de luz o consumo aparece em $\text{kWh}$. O quilowatt-hora é uma unidade de potência ou de energia? Explique com suas palavras o que significa consumir…

Na conta de luz o consumo aparece em $\text{kWh}$. O quilowatt-hora é uma unidade de potência ou de energia? Explique com suas palavras o que significa consumir $1\ \text{kWh}$.

Resolver
Pratica★☆☆Por começar
Uma lâmpada de $100\ \text{W}$ permanece acesa durante $10\ \text{h}$. a) Quanta energia ela consome, em watts-hora? b) Expresse-a em quilowatts-hora.

Uma lâmpada de $100\ \text{W}$ permanece acesa durante $10\ \text{h}$.

  1. a) Quanta energia ela consome, em watts-hora?
  2. b) Expresse-a em quilowatts-hora.
Resolver
Pratica★☆☆Por começar
Um ventilador de $50\ \text{W}$ está ligado $4\ \text{h}$. Quanta energia consome? Expresse-a em $\text{Wh}$ e em $\text{kWh}$.

Um ventilador de $50\ \text{W}$ está ligado $4\ \text{h}$. Quanta energia consome? Expresse-a em $\text{Wh}$ e em $\text{kWh}$.

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O custo na conta de luz

A distribuidora mede a energia consumida na sua casa no medidor de energia e cobra um preço por $\text{kWh}$. Na conta de luz também entram a bandeira tarifária (verde, amarela ou vermelha, que encarece o $\text{kWh}$ quando a geração de energia fica mais cara) e os tributos (como ICMS e PIS/Cofins), que são somados ao valor da energia. Por exemplo, com valores ilustrativos: se a energia custa R$ 100,00 e os tributos somam cerca de 25% sobre a conta, o total sobe para R$ 125,00. Aqui vamos calcular só a energia.

Algumas distribuidoras oferecem a tarifa branca, com preço diferente por horário: o kWh é mais caro no horário de ponta (fim da tarde e início da noite, quando todo mundo usa energia) e mais barato fora de ponta. Por exemplo (valores ilustrativos): R$ 0,90 na ponta e R$ 0,50 fora de ponta. Uma máquina de $2\ \text{kW}$ usada por $2\ \text{h}$ consome $4\ \text{kWh}$: custa $4 \cdot 0{,}90 = \text{R\$}\ 3{,}60$ na ponta e $4 \cdot 0{,}50 = \text{R\$}\ 2{,}00$ fora de ponta. Deslocar o uso para fora de ponta economiza.

Esquema do cálculo do custo: energia consumida em quilowatts-hora vezes o preço do quilowatt-hora dá o valor total em reais. Consumo: 240 kWh Preço: R$ 0,20 por kWh Valor: R$ 48,00
Pratica★★☆Por começar
Um aquecedor de $1200\ \text{W}$ é ligado $2\ \text{h}$ por dia durante um mês de $30$ dias. a) Expresse a sua potência em quilowatts. b) Calcule a energia que ele…

Um aquecedor de $1200\ \text{W}$ é ligado $2\ \text{h}$ por dia durante um mês de $30$ dias.

  1. a) Expresse a sua potência em quilowatts.
  2. b) Calcule a energia que ele consome no mês, em $\text{kWh}$.
  3. c) Se o preço for de $0,20\ \text{\text{R\$}\ /kWh}$, quanto custa essa utilização?
Resolver
Pratica★★☆Por começar
Uma lâmpada LED de $10\ \text{W}$ dá a mesma luz que uma lâmpada antiga de $60\ \text{W}$, e ambas estão ligadas $5\ \text{h}$ por dia. a) Calcule a energia que cada uma…

Uma lâmpada LED de $10\ \text{W}$ dá a mesma luz que uma lâmpada antiga de $60\ \text{W}$, e ambas estão ligadas $5\ \text{h}$ por dia.

  1. a) Calcule a energia que cada uma consome em um mês de $30$ dias, em $\text{kWh}$.
  2. b) Com o $\text{kWh}$ a $0,20\ \text{\text{R\$}\ /kWh}$, quanto dinheiro se economiza por mês com a LED?
Resolver
Pratica★★☆Por começar
Saímos de casa o dia inteiro e deixamos acesa por engano uma lâmpada de $100\ \text{W}$ durante $10\ \text{h}$. a) Quantos $\text{kWh}$ ela consumiu? b) Quanto dinheiro…

Saímos de casa o dia inteiro e deixamos acesa por engano uma lâmpada de $100\ \text{W}$ durante $10\ \text{h}$.

  1. a) Quantos $\text{kWh}$ ela consumiu?
  2. b) Quanto dinheiro foi desperdiçado, a $0,20\ \text{\text{R\$}\ /kWh}$?
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Economizar energia: etiquetas e comparações

Etiqueta de eficiência energética: sete setas coloridas, da classe A, a mais curta e de menor consumo, à classe G, a mais longa e de maior consumo. Um indicador aponta a classe B como a do aparelho. ETIQUETA DE EFICIÊNCIA A B C D E F G B classe deste aparelho pouco consumo mais eficiente o consumo aumenta muito consumo menos eficiente Quanto mais perto do A, menos energia para o mesmo trabalho
Pratica★☆☆Por começar
Na etiqueta energética de uma geladeira aparece uma letra entre o A e o G. a) O que essa letra indica? b) Que letra convém escolher para pagar menos na conta de luz? Por…

Na etiqueta energética de uma geladeira aparece uma letra entre o A e o G.

  1. a) O que essa letra indica?
  2. b) Que letra convém escolher para pagar menos na conta de luz? Por quê?
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Pratica★★☆Por começar
A etiqueta de uma geladeira nova indica um consumo de $150\ \text{kWh}$ por ano, enquanto a antiga de casa gasta $450\ \text{kWh}$ por ano. a) Quantos $\text{kWh}$ se…

A etiqueta de uma geladeira nova indica um consumo de $150\ \text{kWh}$ por ano, enquanto a antiga de casa gasta $450\ \text{kWh}$ por ano.

  1. a) Quantos $\text{kWh}$ se economizam em cada ano com a nova?
  2. b) Quanto dinheiro representa essa economia a $0,20\ \text{\text{R\$}\ /kWh}$?
Resolver
Pratica★★★Por começar
Um televisor antigo consome $300\ \text{kWh}$ por ano e um novo, de tecnologia LED, $100\ \text{kWh}$ por ano. O televisor novo custa $\text{R\$}\ 400$ e o $\text{kWh}…

Um televisor antigo consome $300\ \text{kWh}$ por ano e um novo, de tecnologia LED, $100\ \text{kWh}$ por ano. O televisor novo custa $\text{R\$}\ 400$ e o $\text{kWh}$ está a $0,20\ \text{\text{R\$}\ /kWh}$.

  1. a) Quanto dinheiro se economiza em cada ano com o televisor novo?
  2. b) Quantos anos levará para a economia compensar o preço do televisor?
  3. c) Você considera que vale a pena a troca? Justifique a resposta com os dados.
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Sem sobrecarregar a instalação

Barras empilhadas da potência do forno (2300 W) e da máquina de lavar (2000 W) comparadas com o máximo da instalação, 3680 W: a soma, 4300 W, o ultrapassa. forno 2300 W máq. de lavar 2000 W máximo 3680 W soma: 4300 W passa do máximo excesso: 620 W
Pratica★★☆Por começar
Um cooktop de $2\ \text{kW}$ funciona durante $15\ \text{min}$. a) Expresse esse tempo em horas. b) Calcule a energia consumida, em $\text{kWh}$. c) Quanto custa a…

Um cooktop de $2\ \text{kW}$ funciona durante $15\ \text{min}$.

  1. a) Expresse esse tempo em horas.
  2. b) Calcule a energia consumida, em $\text{kWh}$.
  3. c) Quanto custa a $0,20\ \text{\text{R\$}\ /kWh}$?
Resolver
Pratica★★★Por começar
Na casa da Lúcia são utilizados diariamente: um forno de $2\ \text{kW}$ durante $1\ \text{h}$, dez lâmpadas LED de $10\ \text{W}$ ligadas $5\ \text{h}$ e uma geladeira…

Na casa da Lúcia são utilizados diariamente: um forno de $2\ \text{kW}$ durante $1\ \text{h}$, dez lâmpadas LED de $10\ \text{W}$ ligadas $5\ \text{h}$ e uma geladeira de $200\ \text{W}$ funcionando $24\ \text{h}$.

  1. a) Calcule os $\text{kWh}$ que cada equipamento consome por dia.
  2. b) Quantos $\text{kWh}$ são consumidos no total em um mês de $30$ dias?
  3. c) A quanto chega a conta de luz do mês a $0,20\ \text{\text{R\$}\ /kWh}$?
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Pratica★★★Por começar
A instalação de uma residência admite no máximo $3450\ \text{W}$ ao mesmo tempo; se esse valor for ultrapassado, o disjuntor desarma e a energia elétrica cai. A rede é…

A instalação de uma residência admite no máximo $3450\ \text{W}$ ao mesmo tempo; se esse valor for ultrapassado, o disjuntor desarma e a energia elétrica cai. A rede é de $230\ \text{V}$. A figura compara a potência dos aparelhos com esse máximo.

1000200030004000 P (W) 2300 W2000 W1150 W fornomáquina de lavar roupamicro-ondas máximo 3450 W
  1. a) Qual intensidade máxima a instalação permite?
  2. b) Podemos usar ao mesmo tempo o forno ($2300\ \text{W}$) e a máquina de lavar ($2000\ \text{W}$)? Justifique com cálculos.
  3. c) E o forno junto com o micro-ondas ($1150\ \text{W}$)?
Resolver

Voltando ao início: o forno ($2500\ \text{W}$) consome em uma única hora $2{,}5\ \text{kWh}$ (cerca de R$ 2,00 com o kWh a R$ 0,80), enquanto a lâmpada LED ($10\ \text{W}$) precisaria ficar acesa $250$ horas seguidas para gastar o mesmo.

Resumo

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