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V√≠deo da aula: Pot√™ncia e Energia Física • 9º Ano

Nesta aula, vamos aprender como utilizar a f√≥rmula ūĚĎÉ = ūĚźł/ūĚĎ° para calcular a taxa na qual energia √© transferida por um dispositivo dada a quantidade de energia que transfere num determinado tempo.

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Transcrição do vídeo

Nesta aula, vamos aprender sobre pot√™ncia e energia e o nosso foco √© numa perspetiva anal√≠tica. Vimos como estes termos se relacionam com processos mec√Ęnicos, como empurrar uma pedra encosta acima ou subir um lance de escadas. Aqui, vamos ver como trabalhar com pot√™ncia e energia num circuito el√©trico ou num aparelho el√©trico. Vamos come√ßar por recordar algumas defini√ß√Ķes.

Primeiro, a definição de energia, energia é a capacidade de realizar trabalho. Por exemplo, se tivesse que começar na parte inferior de uma escada e depois subir até ao cimo dela, isso significaria que produziu a energia para realizar algum trabalho contra a força gravítica que o puxa para baixo. Observe que esta definição de energia não tem nada a ver com o tempo que demoraria para ir da base da escada até ao cimo. Na verdade, é aí que entra a potência.

A pot√™ncia √© definida como a quantidade de energia utilizada durante um certo tempo. Por exemplo, se subisse estes degraus duas vezes, na primeira vez demorando cinco segundos para o fazer e na segunda vez demorando metade desse valor 2.5 segundos, ent√£o, mesmo que em ambos os casos utilizasse a mesma quantidade de energia, n√£o utilizaria a mesma quantidade de energia. No primeiro caso, em que subir as escadas levou cinco segundos, teria utilizado metade da pot√™ncia utilizada quando levou 2.5 segundos. O abandono desta defini√ß√£o de pot√™ncia em palavras √© frequentemente por express√°-la como uma equa√ß√£o matem√°tica de que a pot√™ncia ūĚĎÉ √© igual √† quantidade de energia utilizada ūĚźł dividida pelo tempo decorrido ūĚĎ°.

Considerando as unidades desta express√£o, sabemos que a unidade de energia √© joules simbolizada por um ū̟Šmai√ļsculo. A prop√≥sito, esta √© a mesma unidade que a unidade de trabalho, mostrando como a energia e o trabalho est√£o intimamente relacionados. A unidade base do tempo √© segundos e a unidade da pot√™ncia que conhecemos √© watts simbolizada por ūĚĎä mai√ļsculo. Podemos ver por esta equa√ß√£o que um watt √© igual a um joule por segundo.

At√© agora, toda esta discuss√£o teve a ver com uma forma mec√Ęnica da energia e uma forma mec√Ęnica da pot√™ncia. Mas √© claro que energia e pot√™ncia tamb√©m podem existir na forma el√©trica. Pense em qualquer aparelho el√©trico que possa ter, como uma torradeira, uma televis√£o ou um microondas. Todos estes e todos os outros aparelhos el√©tricos utilizam uma quantidade de energia e utilizam essa energia num intervalo de tempo. Portanto, t√™m uma taxa de consumo de energia.

Quando pensamos sobre energia e potência num contexto elétrico, pode surgir a questão de o que é trabalho elétrico ou como é que funciona num sistema elétrico. Para entender isso, podemos pensar no básico da eletricidade: cargas positivas e negativas. Sabemos que partículas com carga oposta se atraem e que partículas com carga semelhante se repelem. Então, esta é uma tendência natural. Agora, digamos que tentemos resistir a esta tendência natural ou trabalhemos contra ela.

Por exemplo, digamos que pegamos nesta carga positiva aqui que quer se mover para a direita sob a influência repulsiva desta outra carga positiva. Veremos que pegamos nesta primeira carga e, em vez disso, começamos a empurrá-la para a esquerda. Se empurrássemos com força suficiente, de facto poderíamos fechar a lacuna entre estas duas cargas positivas. Se fizermos isso, estaremos a ir contra a inclinação natural destas cargas para separar umas das outras.

Voltando à nossa imagem na tela de abertura de uma pessoa empurrando uma pedra colina acima, isso é um pouco como empurrar esta carga positiva em direção à outra carga positiva. A carga, assim como a pedra, quer se mover numa determinada direção devido ao campo de força em que está. Mas resistimos a este movimento e, na verdade, empurramo-la para o lado oposto. Realizamos trabalhamos.

Se f√īssemos n√≥s a realizar o trabalho com esta carga positiva, poder√≠amos dizer que, conforme ela se aproxima da outra, fazemos um trabalho positivo. E conforme ela se afasta da outra, fazemos um trabalho negativo e este trabalho √© uma medida da energia que estamos a colocar no sistema. E se esta energia para mover a carga for liberada ao longo de algum tempo, ent√£o temos pot√™ncia el√©trica.

Um lugar em que podemos ter visto a refer√™ncia √† pot√™ncia el√©trica antes √© se alguma vez compr√°mos uma caixa de l√Ęmpadas, geralmente a classifica√ß√£o da energia da l√Ęmpada est√° imprimida na caixa. Esta classifica√ß√£o de pot√™ncia mostra quanta energia el√©trica a l√Ęmpada consome ao longo do tempo e corresponde ao brilho da l√Ęmpada. Sabendo de tudo isto, vamos praticar agora trabalhando com alguns exemplos de pot√™ncia el√©trica e energia.

Uma l√Ęmpada incandescente de 60 watts √© deixada acesa por 30 segundos. Quanta energia √© fornecida a ela neste tempo?

Temos esta l√Ęmpada que consome 60 watts de pot√™ncia. Se lembrarmos que a pot√™ncia √© igual √† energia dividida pelo tempo e que a unidade da pot√™ncia √© watts, a unidade de energia √© joules, a unidade de tempo √© segundos, ent√£o podemos ver que o facto de que esta ser uma l√Ęmpada de 60 watts significa que consome 60 joules de energia a cada segundo.

Podemos ver isto desta forma. Digamos que reorganizemos esta equa√ß√£o da pot√™ncia para que a energia seja isolada num membro. Quando fazemos isso, vemos que a energia √© igual √† pot√™ncia vezes o tempo. Substituindo estes valores, vemos que √© igual a 60 watts multiplicado pelo tempo que a l√Ęmpada est√° ligada, 30 segundos.

Mas veja só: a potência é igual à energia dividida pelo tempo, o que significa que um watt é igual a um joule por segundo. Isso significa que podemos utilizar a nossa expressão para a potência de 60 watts e reescrevê-la como 60 joules por segundo. Isso porque um joule por segundo é um watt. Depois de fazer isso, porém, vemos que a unidade de segundos no denominador se anula com a do numerador. Ficamos nesta expressão com as unidades de joules, a unidade da energia.

Assim, a energia ūĚźł √© igual a 60 joules multiplicado por 30. 60 vezes 30 √© 1800. Portanto, 1800 joules √© a quantidade de energia fornecida √† l√Ęmpada ao longo deste tempo. E descobrimos este resultado multiplicando a pot√™ncia utilizada pela l√Ęmpada pelo tempo que esteve ligada.

Agora, vejamos um segundo exemplo de energia elétrica e potência.

Um microondas é utilizado por cinco minutos, durante os quais é alimentado por 180 quilojoules de energia. Qual é a potência do microondas?

Ok, então temos este microondas. E, claramente, algo delicioso está a cozinhar dentro. Está a ser utilizado por cinco minutos. Ficámos a saber que, ao longo deste período, 180000 joules de energia são fornecidos ao microondas. A pergunta é qual é a potência do microondas. Para ver quanto é, vamos relembrar a relação entre potência, energia e tempo.

A equação que liga estes três diz isto. Diz que a potência envolvida num processo é igual à energia utilizada dividida pelo tempo que o processo demorou. Neste cenário, deram-nos a energia utilizada e o tempo decorrido. Portanto, podemos substituir estes valores agora. A potência do microondas é igual a 180000 joules dividido por cinco minutos.

Agora, o que escrevemos até agora é verdade. Mas as unidades nesta expressão, em particular, no segundo membro, não são as que queremos que sejam. Podemos recordar que a unidade básica da energia é joules, a unidade básica do tempo é segundos e a unidade básica da potência é watts. Por outras palavras, podemos ver que um watt é igual a um joule de energia gasta num segundo.

Quando vamos calcular a potência do microondas, gostaríamos de obter a nossa resposta na unidade de watts. Mas, para conseguir isso, precisamos de ter o segundo membro em unidades de joules por segundo. Ainda não chegámos lá. Podemos ver que a nossa energia está atualmente em unidades de quilojoules e não em joules e o nosso tempo está em minutos, em vez de segundos. Aqui está o que podemos fazer sobre isto.

Podemos lembrar em primeiro lugar que um quilojoule √© igual a 1000 joules. √Č a isso que o prefixo quilo se refere. E tamb√©m podemos lembrar quando se trata de um minuto de tempo igual a 60 segundos, onde segundos, √© claro, √© a unidade de tempo na qual estamos interessados. Se pegarmos nesta informa√ß√£o e aplicarmo-la √† nossa fra√ß√£o, podemos escrever que a nossa pot√™ncia √© igual √† energia de 180 vezes 10 elevado a tr√™s joules dividido pelo tempo de cinco vezes 60 segundos.

E observe agora que fizemos esta conversão, temos unidades de joules por segundo, por outras palavras, watts. Quando calculamos tudo isto, determinamos uma resposta de 600 watts. Então, esta é a potência deste microondas.

Vamos parar um momento agora para resumir o que aprendemos sobre potência e energia.

Em primeiro lugar, recapitulando, vimos que energia √© a capacidade de realizar trabalho e √© medida em unidades de joules, abreviado com ū̟Šmai√ļsculo. Vimos ainda que a pot√™ncia √© a energia utilizada por unidade de tempo e √© medida em unidades de watts. A rela√ß√£o que vimos entre pot√™ncia e energia √© que pot√™ncia √© igual √† energia dividida pelo tempo. E tamb√©m vimos por meio dos nossos exemplos que √© importante acompanhar as unidades: joules para energia, segundos para tempo e watts para energia.

E tamb√©m vimos que a pot√™ncia e a energia el√©trica t√™m a ver com cargas positivas e negativas e as for√ßas entre elas, atrativas ou repulsivas. Assim como nos sistemas mec√Ęnicos, a pot√™ncia e a energia tamb√©m se aplicam aos sistemas el√©tricos. As situa√ß√Ķes s√£o an√°logas. E a equa√ß√£o que liga pot√™ncia e energia √© a mesma em cada caso.

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