Potência

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Em física, potência é a grandeza que determina a quantidade de energia concedida por uma fonte a cada unidade de tempo. Em outros termos, potência é a rapidez com a qual uma certa quantidade de energia é transformada ou é a rapidez com que o trabalho é realizado. Potência também pode ser entendida como sendo a força multiplicada pela velocidade.[1]

Em outros ramos, como na Engenharia, a compreensão sobre o assunto potência é de grande relevância, dado que quando um engenheiro vai projetar uma máquina, na ótica da engenharia, é importante definir o tempo mínimo no qual a maquina irá produzir trabalho, dando assim maior credibilidade do que se apenas a quantidade de trabalho que ela poderá realizar fosse especificada.[1]

Fórmula[editar | editar código-fonte]

A potência P é dada por Onde W = trabalho realizado

e t = tempo com que se executa o trabalho.

Variação de energia é a energia que mudou de natureza ou transitou para outro local.

A variação de energia recebe diversos nomes, quando se refere a tipos específicos de energia:

  • Trabalho (): é a energia consumida ao longo de um percurso ()

Potência: sabendo a força aplicada (constante) e a velocidade da partícula:

  • Quantidade de Calor (): é a variação da energia térmica ().
  • Potência instantânea: como enfatizado anteriormente, é de crucial importância conhecer a taxa com que o trabalho realizado. Assim a potência instantânea pode ser definida como a taxa de variação instantânea com a qual o trabalho é realizado, podendo ser escrita como: .[1].

Unidades de potência[editar | editar código-fonte]

Ver artigo principal: Unidades de potência

No SI, a unidade de potência é o W (watt), dimensionalmente igual a joule por segundo (J.s–1). Usam-se-lhe, conforme a ordem de grandeza, submúltiplos e múltiplos, como, por exemplo, miliwatt, mW (10–3 W) e quilowatt, kW (103 W), entre tantas. Pode-se utilizar estas unidades multiplicadas por hora. O kWh (quilowatt-hora),que por definição é a energia correspondente à potência de 1 kW aplicada durante uma hora. Esta unidade é comumente utilizada na medição de energia elétrica.

Ainda se usam, conquanto apenas por motivos histórico-práticos, unidades não-oficiais como cavalo-vapor, cv (735,5 W), horse power, hp (746,6 W) e outras unidades híbridas.

Potência do ser humano[editar | editar código-fonte]

A potência consumida ou dissipada por um ser humano é em torno de 100 watts, variando de 85 W durante o sono a 800 W ou mais enquanto pratica desporto. Ciclistas profissionais tiveram medições de 2000 W de potência realizada por curtos períodos de tempo.

Potência de um motor[editar | editar código-fonte]

A potência fornecida por um motor alternativo (P) pode ser obtida a partir do seu torque (T) e da sua rotação (n):

Potência em CV: onde P [cv] , T [kgf.m], n [rpm].


Potência em kW: onde P [kW], T [kgf.m], n [rpm].


Potência em kW: onde P [kW], T [N.m], n [rpm].

Potência em kW: onde P [kW], T [N.m], n [rpm].

Outra maneira:

Adicionando as unidades (velocidade angular em Hertz ou rotações por segundo, rps):


Potência específica[editar | editar código-fonte]

Chama-se potência específica ou potência mássica a potência por unidade de massa do sistema relativamente ao qual é calculada. Dimensionalmente, no Sistema Internacional de Unidades, exprime-se em watt por quilograma (W.kg–1).

Potência média[editar | editar código-fonte]

A potência média é dada em um certo intervalo de tempo (t). Para se obter a potência média é necessário que haja o trabalho total (W) e o tempo (t). Após isso, divide-se um pelo outro, encontrando: . [1]

Esta é uma maneira alternativa de se encontrar a potência média.

Representação gráfica[editar | editar código-fonte]

Gráfico de potência em função do tempo para o caso particular em que a potência é constante.

Em um gráfico que represente a potência em função do tempo, a área sob a curva é numericamente igual ao trabalho realizado no intervalo de tempo . Essa afirmação é válida tanto para o caso particular em que a potência for constante, quanto para o caso geral em que for variável.[2] Quando a potência for constante,

.

Quando for variável, o trabalho é dado por

.

Potência e velocidade[editar | editar código-fonte]

Trabalho de uma força constante atuando em um corpo durante um intervalo de tempo, no qual ocorre um deslocamento.

Considerando uma força constante que atua num corpo durante um intervalo de tempo, no qual o deslocamento é , como observado na Figura ao lado. Assim, a potência média da força pode ser escrita como: [2]

=

Onde: é o modulo da velocidade média.

A potência instantânea é a taxa da variação instantânea com a qual o trabalho e realizado. Em geral, o cálculo da potência instantânea é complexo. No entanto, quando a potência é constante, seu valor pode ser calculado pela mesma fórmula para o calculo da potencia media: [3]

Pode-se expressar a taxa com a qual uma força realiza trabalho sobre uma partícula, ou um objeto que se comporta como partícula, em termos da velocidade e de força. Para uma partícula que se move em linha reta, sob a ação de uma força que faz um ângulo com a direção do movimento da partícula, temos: [3]

Em casos, no qual a força aplicada é paralela à velocidade, temos que , assim , então pode-se escrever que:

A potência instantânea desenvolvida por uma força F é a taxa com a qual a força realiza um trabalho sobre uma carga em um certo instante. [3]

Potência elétrica[editar | editar código-fonte]

Ver artigo principal: Potência elétrica

A potência elétrica pode ser definida pelo produto entre a corrente e e a tensão medida entre dois pontos onde circula uma corrente elétrica. Existem dois tipos de corrente elétrica, que são a corrente continua, sendo caracterizada como tendo um valor constante em relação ao tempo, e também a corrente alternada, que varia o seu valor de modo senoidal com o tempo. Para uma corrente alternada trifásica, sendo uma carga alimentada por três condutores, estando a corrente alternada em equilíbrio, a potência ativa fornecida é dada por:[4]

.

Nessa expressão, e representam, respectivamente, a tensão entre as fases e a corrente presente em uma das fases. é o chamado fator de potência. Em relação à corrente alternada, a potência pode ser decomposta em duas componentes: a potência ativa, relacionada com as cargas de caráter resistivo, e a potência reativa, que decorre da formação periódica dos campos magnético e elétrico no circuito.[4]

Potência e energia[editar | editar código-fonte]

Potência pode estar relacionado a qualquer processo em que haja fluxo de energia. Em um sistema no qual se fornece (ou recebe) energia , em um intervalo de tempo , a potência média fornecida(ou recebida) pelo sistema pode ser dado por: [2]

Rendimento[editar | editar código-fonte]

Potência está relacionada com a energia recebida. Ao receber uma potência, um objeto não é capaz de transformar a energia total inteiramente em trabalho: a energia será perdida em algum momento do processo.

A potência total entregue num sistema é denominada potência total, enquanto que a energia perdida num processo, por exemplo, a energia perdida com o atrito, é denominada de potência dissipada; a energia que sobra, que é capaz de realizar um trabalho é denominada de potência útil.

O rendimento está relacionado entre o quociente entre a potência utilizada para provocar a ação e a potencia total fornecida.[5]

Ver também[editar | editar código-fonte]

Referências

  1. a b c d ALONSO, Marcelo; FINN, Edward J. (1972). Física: um curso universitário. São Paulo: Edgard Blücher. ISBN 978-85-212-0831-0 
  2. a b c SAMPAIO, José Luiz; CALÇADA, Caio Sérgio (2008). Física. São Paulo: Saraiva. p. 655. ISBN 978-85-357-0958-2 
  3. a b c WALKER, Jearl (2012). Halliday & Resnick: Fundamentos de Física. 1. Rio de Janeiro: LTC. p. 340. ISBN 978-85-216-1903-1 
  4. a b VIANA, Augusto Nelson Carvalho; BORTONI, Edson da Costa; NOGUEIRA, Fabio Jose Horta; HADDAD, Jamil; NOGUEIRA, Luis Augusto Horta; VENTURINI, Osvaldo José; YAMACHITA, Roberto Akira (2012). Eficiência energética: fundamentos e aplicações (PDF). Campinas: Elektro, Universidade Federal de Itajubá, Excen, Fupai. 
  5. COELHO, Felipe. «Física» (PDF). Universidade Federal de Juiz de Fora - Curso Pré-universitário Popular. Consultado em 2 de dezembro de 2015