1. POTÊNCIA MÉDIA
A potência está presente em vários ramos da física e pode ser definida como a velocidade com que a energia é transferida ou retirada de um corpo.
\(P =\frac{E}{\Delta t}\)
A unidade de potência no SI é Watt (W).
Guarde que os múltiplos abaixo são muito usados no cotidiano e nos exercícios.
- 1 kW = 103 W
- 1 MW = 106 W
- 1 GW = 109 W
Considere duas lâmpadas, uma de 60 W e a outra de 100 W de potência. Por experiencia, sabemos que a de 100 W ilumina mais. A lâmpada de 60 W converte 60 J de energia elétrica em energia térmica e energia luminosa a cada segundo. A lâmpada de 100 W converte 100 J a cada segundo e ilumina mais que a lâmpada de 60 W.
Vamos estudar os fatores de dependência da grandeza potência.
- Potência (P) e energia (E)
Considere dois sistemas mecânicos recebendo uma certa quantidade de energia: 400 J para o sistema 1 e 2000 J para o sistema 2, em um mesmo intervalo de tempo de 10 segundos.
A potência é maior no sistema 2. Em um mesmo intervalo de tempo, o sistema 2 recebeu 5 vezes mais energia que o sistema 1. A potência e a energia transferida ou retirada de um sistema são grandezas diretamente proporcionais.
\(P\; \approx E\)
- Potência (P) e intervalo de tempo (Δt)
Considere dois sistemas mecânicos que recebem 200 J de energia. No primeiro, essa energia é transferida a cada 4 segundos, enquanto no segundo, a mesma energia é transferida em 100 segundos.
A potência média é maior no sistema 1! Em apenas 4 segundos, o sistema 1 recebe 200 J de energia, enquanto no sistema 2, a mesma quantidade de energia é transferida durante um intervalo de tempo 25 vezes maior, ou seja, 50 segundos. A potência e o intervalo de tempo são grandezas inversamente proporcionais.
\( P\; \approx \frac{1}{\Delta t}\)
Na mecânica, a potência é a velocidade da realização do trabalho por um sistema. A fórmula da potência pode ser reescrita como:
\(P =\frac{W}{\Delta t}\)
2. POTÊNCIA INSTANTÂNEA
A potência média pode ser calculada pelo produto da força F constante e da velocidade média.
\({P_m} = F{v_m}\)
Para intervalos de tempo muito pequenos, a potência instantânea (P) será dada pelo produto da força constante e da velocidade instantânea (v).
\(P = Fv\)
3. RENDIMENTO (η)
No mundo real, os sistemas nunca utilizam toda a energia que consomem. Uma parte é aproveitada pelo sistema (potência útil – Pútil) e o restante é desperdiçado sob a forma de calor (energia térmica) ou ruído (energia sonora). Esta última é chamada de potência desperdiçada.
O rendimento de um sistema compara a quantidade de energia útil (ou potência útil) com a quantidade de energia total (ou potência total) obtida através da conversão de energia elétrica.
No exemplo abaixo, uma máquina recebe a cada segundo 1.500 J de energia e aproveita 1.350 J. Portanto, o seu rendimento é dado por uma simples regra de três.
100% ——– 1500 J
X % ———- 1350 J
X = 90%
De forma genérica:
100% ———- ETOTAL
X % ————- EUTIL
A fórmula do rendimento é expressa por:
\(\eta = \frac{{{E_{UTIL}}}}{{{E_{TOTAL}}}} = \frac{{{P_{UTIL}}}}{{{P_{TOTAL}}}}\)
O rendimento é uma grandeza adimensional pois não possui unidade. A potência útil é sempre menor que a potência total. Portanto, o valor do rendimento será um número maior do que zero e menor do que 1.
\(0 < \eta < 1\)
Multiplique o valor do rendimento por 100 para expressar o valor final em porcentagem. Nenhum sistema pode ter um rendimento de 100%.