Objetivos da aula
- Definir corrente elétrica e diferença de potencial.
- Calcular potência dissipada pelas três fórmulas equivalentes.
- Calcular o consumo de energia em kWh e o custo na conta de luz.
Corrente elétrica
A eletrostática estudava cargas paradas. A eletrodinâmica estuda cargas em movimento — e o movimento ordenado de cargas por um condutor é a corrente elétrica.
I = Q ÷ Δt
- I — a intensidade da corrente, em ampères (A);
- Q — a carga que atravessa uma seção do condutor, em coulombs (C);
- Δt — o intervalo de tempo, em segundos (s).
Um ampère é um coulomb por segundo: 1 A = 1 C/s.
Sentido convencional × sentido real
Nos metais, quem se move são os elétrons, que são negativos — eles vão do polo negativo para o positivo.
Mas, por convenção histórica, o sentido da corrente é definido como o do movimento de cargas positivas: do polo positivo para o negativo. Todos os cálculos e diagramas usam o sentido convencional, e nada de errado acontece por isso.
Diferença de potencial
Corrente não acontece sozinha: é preciso algo que empurre as cargas. Esse "empurrão" é a diferença de potencial (ddp), também chamada de tensão ou voltagem, medida em volts (V).
Como vimos em campo elétrico, a ddp entre dois pontos é o trabalho por unidade de carga para levar a carga de um ao outro:
U = W ÷ q
Onde U está em volts (V), W é o trabalho em joules (J) e q a carga em coulombs (C).
A analogia que funciona: a ddp é como o desnível de uma caixa d'água, e a corrente é a vazão de água no cano. Sem desnível, não há vazão — por mais cheia que a caixa esteja.
Potência elétrica
A potência é a energia elétrica transformada em outra forma por unidade de tempo. Num resistor, essa "outra forma" é calor — o efeito Joule.
P = U · I
E, combinando com a lei de Ohm (U = R · I), saem outras duas formas equivalentes:
P = R · I2
P = U2 ÷ R
- P — a potência, em watts (W);
- U — a diferença de potencial, em volts (V);
- I — a corrente, em ampères (A);
- R — a resistência, em ohms (Ω).
As três são a mesma coisa. Escolha pela pergunta: se o problema deu corrente e resistência, use P = RI2; se deu tensão e resistência, P = U2/R.
3.1 Exemplo resolvido
Num circuito, a corrente que circula por um resistor de 5 Ω é 3 A. Qual a potência dissipada?
P = R · I2 = 5 · 32 = 5 · 9 = 45 W
Repare que a corrente entra ao quadrado: dobrar a corrente quadruplica o calor dissipado. É por isso que fio subdimensionado esquenta tanto, e por que a transmissão de energia é feita em alta tensão e baixa corrente.
Consumo de energia e a conta de luz
Potência é energia por tempo. Então a energia consumida é potência vezes tempo:
E = P · Δt
No SI isso dá joules, mas a conta de luz usa outra unidade, porque o joule é pequeno demais para a escala de uma casa: o quilowatt-hora (kWh), que é a energia consumida por um aparelho de 1 kW ligado por 1 hora.
A receita do consumo
Para obter kWh, use a potência em quilowatts e o tempo em horas:
E (kWh) = P (kW) · Δt (h)
E o custo é simplesmente o consumo multiplicado pela tarifa cobrada por kWh.
4.1 Exemplo resolvido
Um chuveiro de 5 500 W é usado 20 minutos por dia. Quanto ele consome em 30 dias, e quanto custa a R$ 0,90 o kWh?
Primeiro as unidades: 5 500 W = 5,5 kW, e 20 min = 1/3 h.
Edia = 5,5 · (1/3) ≈ 1,83 kWh
Emês = 1,83 · 30 ≈ 55 kWh
custo = 55 · 0,90 ≈ R$ 49,50
Converter minutos em horas é o passo que mais se esquece. Usar 20 em vez de 1/3 multiplica a resposta por 60.
Onde isso aparece
- Lâmpada incandescente — a corrente aquece o filamento até ele brilhar. Quase toda a energia vira calor, e é por isso que foram substituídas pelas de LED.
- Chuveiro e ferro de passar — são resistores grandes, projetados justamente para dissipar muita potência.
- Disjuntor — desarma quando a corrente passa do limite que a fiação aguenta sem superaquecer.