Potência e energia

O conceito de potência aplica-se também quando um corpo está recebendo ou fornecendo energia.

Suponhamos que, num certo intervalo de tempo , um corpo receba (ou forneça) uma energia E. A potência média recebida (ou fornecida) nesse intervalo de tempo é:

Pm =  E /

Como a unidade de energia é igual à unidade de trabalho, também nesse caso, a unidade de potência é o watt (ou Hp ou cv).

Continua valendo também a propriedade da área. Num gráfico da potência recebida (ou fornecida) por um corpo, em função do tempo (Fig.5) a área da figura sombreada é numericamente igual à energia recebida (ou fornecida) pelo corpo, no intervalo de tempo .

A energia E pode ser uma energia mecânica mas poder também ser um outro tipo de energia como por exemplo, a energia elétrica ou o calor.

Exemplo 1

Numa usina hidroelétrica as quedas d'água são utilizadas para movimentar os geradores que produzirão energia elétrica. Consideremos uma queda d'água de altura h = 20 metros e que despeja 3000 litros por segundo. 

Supondo g = 10 m/s2 qual a potência máxima que poderá ser gerada?

Resolução

Vamos supor que no alto da cachoeira, a velocidade é praticamente nula. Assim, uma dada massa m de água terá energia cinética nula no alto, mas terá energia potencial mgh. Quando essa água chegar em baixo, terá uma energia cinética que é igual à energia potencial que tinha em cima (desprezado atritos). Essa energia cinética será transformada em energia elétrica. Supondo que essa transformação seja total, a potência será:

Cada litro de água tem massa aproximadamente igual a 1 kg. Como a vazão da cachoeira é 3000 litros por segundo, para = 1s teremos m = 3000 kg. Substituindo na equação I:

P = 6. 105 W

As potências dos aparelhos elétricos e usinas hidroelétricas são muito maiores do que 1 watt, como ilustra o exemplo anterior. Assim, na prática usamos frequentemente alguns múltiplos do watt, obtidos com os prefixos do SI:

1 kw = 1 quilowatt = 103 watts = 103 W

1 MW = 1 megawatt = 106 watts = 106 W

1 GW = 1 gigawatt = 109 watts = 109 W

Rendimento

Aparelhos elétricos como, por exemplo, um ventilador (Fig. 02) (ou uma batedeira de bolo) transformam energia elétrica em energia cinética.

    
    Ventilador                       Batedeira de Bolo

(Fig. 02)

A energia elétrica penetra no motor do aparelho, através do fio que está ligado a uma tomada. Dentro do motor essa energia elétrica é transformada em energia cinética das pás do ventilador. Porém essa transformação nunca é total. Uma parte da energia elétrica é transformada em calor. Isso pode ser percebido colocando a mão na carcaça que envolve o motor. Ao fazermos isso, perceberemos que o motor está quente.

Num caso como esse, a energia elétrica recebida através do fio é chamada de energia total (Et). A energia transformada em calor é chamada de energia dissipada (Ed) e a energia transformada em energia cinética é chamada de energia útil (Eu) pois é a energia que será realmente utilizada.

(Fig. 03)

Devemos ter: Et = Eu + Ed

Dividindo os termos dessa equação por , temos:

onde:

Pt = potência total

Pu = potência útil

Pd = potência dissipada

O rendimento () do motor é definido por:

Exemplo 2

Um motor elétrico consome 4000 W de potência elétrica, dissipando 1000 W. Calcule:

a) a potência útil

b) o rendimento do motor

Resolução

a) Pt = Pu + Pd

4000 = Pu + 1000

Pu = 3000 W

b)  

O rendimento pode também ser dado na forma de porcentagem:

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