Corrente Elétrica: Transformação de Energia
Por: Isabela Lopes
Começar pedindo aos alunos que identifique aparelhos elétricos e eletrônicos em casa, na sala de aula e em outros lugares.
Os aparelhos abaixo têm em comum o fato de transformarem a energia elétrica fornecida por uma fonte em energia térmica. Esses aparelhos são os que tem a construção mais simples: possuem um pedaço de fio em forma de espiral cujo nome é resistor.
Os aparelhos abaixo quando são colocados em funcionamento, notaremos que a grande parte deles produz algum tipo de movimento, isto é, transformam a maior parte da energia elétrica que recebem da fonte em energia mecânica.
Podemos analisar algumas especificações técnicas de alguns desses aparelhos. Nesse momento os alunos devem pegar as seguintes informações:
- Tensão
- Potencia
- Corrente
- Frequência
Tensão
A força que irá movimentar os elétrons pode ser denominada diferença de potencial (ddp), força eletromotriz ou ainda tensão elétrica. O esquema abaixo ajuda a entender melhor.
Quando dizemos que o valor numérico é 110V, a sua unidade de medida que é volt e o símbolo de sua unidade que é V. Damos os nomes dos provocadores da tensão de geradores, por exemplo: baterias e pilhas.
Os aparelhos elétricos que são ligados na tomada ou à rede elétrica da residência trazem escrito os valores de 110V ou 220V. Alguns aparelhos como os rádios, por exemplo, permitem que se ajuste o aparelho à tensão da rede elétrica da residência da cidade onde você mora pode ser 110V ou 220V.
Outros aparelhos como a geladeira, a máquina de lavar, o ferro de passar roupa, o liquidificador, não tem tal botão que permite o ajuste da tensão. Eles funcionam ou na tensão 110V ou na 220V. No caso de um desses aparelhos ser ligado numa tensão maior que a especificada pelo fabricante, ele queima quase que imediatamente. Se ele for ligado a uma tensão menor que a especificada, ou o aparelho não funciona ou funciona precariamente.
Potência
A potência é a grandeza elétrica que indica o consumo de energia elétrica do aparelho em cada unidade de tempo de seu funcionamento.
1 W = 1 J/s
Por exemplo, se uma lâmpada tem potência de 100 watt, significa que em cada segundo de funcionamento ela consome 100 joules de energia elétrica. A maioria dos aparelhos elétricos tem apenas um valor de potência, mas existem alguns que trazem escrito mais de um valor como por exemplo o chuveiro elétrico. Nesse caso, ele tem geralmente um valor para a posição verão e outro para o inverno. No verão, onde a água é menos aquecida, o valor é menor. No inverno, onde a água é mais aquecida, o valor da potência é maior e, consequentemente, o consumo da energia elétrica é também maior.
OBS: O consumo representa a quantidade de energia consumida ou utilizada por sua residência. Ela é medida em kWh que significa quilo watt-hora. O quilo é o mesmo do quilograma, quilometro, e significa 1.000 vezes. Já watt-hora representa a medida da energia elétrica. Embora possa lhe parecer estranho. Que watt-hora seja uma unidade de energia (você se lembra de uma outra?). Recorde que watt é uma unidade de potência e hora uma unidade de tempo. O produto potência x tempo resulta na energia. Assim, watt-hora representa o produto da potência pelo tempo e 1kWh é 1.000 watt-hora.
Nesse momento podemos levar algumas contas de luz para ser discutidas com os alunos.
Corrente
A corrente elétrica é uma grandeza cujo valor depende da potência do aparelho e também da tensão em que ele é colocado para funcionar. Por exemplo, uma lâmpada de 100 watt feita para funcionar na tensão 110 volts, quando ligada requer maior corrente elétrica que uma de potência de 60 watt e de mesma tensão. É por essa razão que a lâmpada de 100 watt apresenta luminosidade maior que a de 60 watt.
Existem dois tipos de corrente elétrica: a corrente contínua que é fornecida por pilhas e baterias e a corrente alternada que é aquela fornecida pelas usinas para as casas, indústrias, etc.
A corrente contínua tem valor que não se altera para um mesmo aparelho e tem como símbolo nos folhetos ou mesmo nas chapinhas dos aparelhos as letras “CC” ou “DC”. A corrente alternada tem um valor que varia dentro de um intervalo durante o funcionamento de um mesmo aparelho elétrico. Ela tem como símbolos as letras “CA” ou “AC” ou mesmo o sinal ~.
P = V .I
Frequência
Embora a frequência seja uma grandeza que comparece na maioria dos aparelhos elétricos nos valores 50/60 e na unidade hertz (Hz) ela não é usada somente na eletricidade. Nesse caso, ela se refere a uma característica da corrente elétrica alternada obtida com as usinas geradoras de eletricidade. No Brasil, a frequência da corrente alternada é de 60 hertz, ou seja, 60 ciclos por segundos. Há países como Portugal e o Paraguai onde a frequência é de 50 hertz.
Quadro de Unidades
Vamos pensar?!
Entendendo um Pouco Sobre Chuveiros
- Que tipo de transformação de energia o chuveiro realiza?
- Onde ela é realizada?
- Quando a água esquenta menos?
- O resistor é divido em dois trechos. Qual posição e para a posição inverno? E para verão.
- Em qual posição a corrente é maior?
Na posição verão, o aquecimento da água é menor, e corresponde à menor potência do chuveiro. Na posição inverno, o aquecimento é maior, e corresponde à maior potência.
As ligações inverno-verão correspondem para uma mesma tensão, à diferentes potências. A espessura do fio enrolado – o resistor – comumente chamado de “resistência” é a mesma
As ligações inverno-verão são obtidas usando-se comprimentos diferentes do resistor. Na ligação verão usa-se um pedaço maior deste mesmo fio, enquanto a ligação inverno é feita usando-se um pequeno trecho do fio, na posição verão é utilizado um trecho maior.
Na ligação inverno, a corrente no resistor deverá ser maior do que na posição verão, permitindo assim que a potência e, portanto, o aquecimento, sejam maiores. Quando a tensão, o material e a espessura são mantidas constantes, podemos fazer a seguinte relação, conforme a tabela a seguir:
Para Resolver
Se tivermos uma lâmpada de 100W com uma tensão de 110V temos uma potência P e a mesma lâmpada na tensão 220V qual a sua potência nesse caso? O que acontece com a lâmpada?
Experiências
Youtube: Experimento Corrente Elétrica
Youtube: Associação de Resistores (Lâmpadas)
Sugestões de Experiências
Abaixo alguns exemplos de atividades para serem realizadas com os alunos em sala de aula.
Nessas atividades os alunos aprenderão como trabalhar com um multímetro, fazendo medidas das voltagens, correntes e etc.
Materiais necessários: multímetro, pilhas e fios
Caso o professor tenha resistores disponíveis para uso, é possível montar pequenos circuitos e explorar mais conteúdo.
Figura 1-Multímetro
Figura 2-Coloque as pilhas como mostra a figura abaixo. Nessa montagem, conseguimos medir a diferença de potencial entre as duas lâmpadas.
Figura 3-Aqui vamos medir a diferença de potencial da tomada.
Figura 4-Valor obtido referente a figura 3
A partir das experiências, os alunos puderam construir um gráfico da voltagem em função da corrente, umas três medidas são suficientes para ver o comportamento do gráfico.
O professor pode discutir sobre o coeficiente angular da reta e potência.