20. Considere uma lâmpada incandescente de 150 W. O filamento da lâmpada tem 5 c m de comprimento e tem um diâmetro de 0,5 m m. O diâmetro do bulbo de vidro da lâmpada é 8 c m. Determine o fluxo de calor em W / m 2 , (a) na superfície do filamento e (b) na superfície de vidro da lâmpada e (c) calcule quanto vai custar por ano para manter aquela lâmpada oito horas por dia todos os dias, se a unidade de eletricidade custa U S $ 0,08 / k W h.
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Passo 1
Primeiro precisamos relembrar a fórmula do fluxo de calor
Q ˙ = q ˙ ∙ A
Passo 2
(a) Para utilizar a fórmula, temos que primeiramente determinar a área
A f = π ∙ D L
Aplicando os valores temos
A f = π ∙ 5 ∙ 0,05
A f = 0,785 c m 2
Porém o exercício fala em m 2, então
0,785 c m 2 1 m 2 10000 c m = 0,785 × 10 - 4 m 2
Passo 3
Agora vamos utilizar a fórmula da taxa de transferência de calor
Q ˙ = q f ˙ ∙ A f
Reorganizando para determinar o fluxo de calor temos
q f ˙ = Q ˙ A f
Substituindo os valores, temos
q f ˙ = 150 0,785 × 10 - 4
q f ˙ = 19,108 ∙ 10 6 W / m 2
Passo 4
(b) Para utilizar a fórmula, temos que primeiramente determinar a área, como o vidro da lâmpada lembra uma esfera, usaremos a área da esfera
Exercício resolvido de Física (potência elétrica). Questão que exige conhecimentos de eletricidade: resitores e potência elétrica dissipada no resistor.
(Unesp) Uma lâmpada incandescente (de filamento) apresenta em seu rótulo as seguintes especificações: 60 W e 120V. Determine:
a) a corrente elétrica i que deverá circular pela lâmpada, se ela for conectada a uma fonte de 120V.
b) a resistência elétrica R apresentada pela lâmpada, supondo que ela esteja funcionando de acordo com as especificações.
Resolução
a) Os dados do exercício são a potência elétrica e a tensão elétrica da lâmpada.
P = 60 W
U = 120V
Para encontrar a corrente elétrica com estes dados utilizamos a equação da potência elétrica em um resistor.
P = U.i
i = P / U
i = 60 / 120
i = 0,5 A
b) Agora que temos a corrente elétrica utilizamos a equação do resistor para encontrarmos o valor da resistência elétrica.
Potência elétrica é definida como a rapidez com que um trabalho é realizado. Ou seja, é a medida do trabalho realizado por uma unidade de tempo.
A unidade de potência no sistema internacional de medidas é o watt (W), em homenagem ao matemático e engenheiro James Watts que aprimorou a máquina à vapor.
No caso dos equipamentos elétricos, a potência indica a quantidade de energia elétrica que foi transformada em outro tipo de energia por unidade de tempo.
Por exemplo, uma lâmpada incandescente que em 1 segundo transforma 100 joule de energia elétrica em energia térmica e luminosa terá uma potência elétrica de 100 W.
Fórmula da Potência Elétrica
Para calcular a potência elétrica utilizamos a seguinte fórmula:
P = U . i
Sendo,
P: potência (W)
i: corrente elétrica (A)
U: diferença de potencial (V)
Veja também: Corrente Elétrica
Exemplo
Qual a potência elétrica desenvolvida por um motor, quando a diferença de potencial (ddp) nos seus terminais é de 110 V e a corrente que o atravessa tem intensidade de 20A ?
Solução:
Para calcular a potência, basta multiplicar a corrente pela ddp, sendo assim temos:
P = 20 . 110 = 2200 W
Frequentemente, a potência é expressa em kW, que é um múltiplo do W, de forma que 1 kW = 1000 W. Sendo assim, a potência do motor é de 2,2 kW.
Veja também: Tensão Elétrica
Efeito Joule
Os resistores são dispositivos elétricos que ao serem percorridos por uma corrente, transformam energia elétrica em energia térmica.
Esse fenômeno é chamado de efeito Joule e neste caso dizemos que o resistor dissipa a energia elétrica.
Aquecedores, chuveiros elétricos, secadores de cabelo, lâmpadas incandescentes, ferros de passar roupa são exemplos de equipamentos que utilizam esse efeito.
Cálculo da Potência no Efeito Joule
Para calcular a potência elétrica em um resistor, podemos usar a seguinte expressão:
P = R . i2
Sendo,
P: potência (W)
R: resistência (Ω)
i: corrente (A)
Usando a Lei de Ohm (U = R . i), podemos substituir a corrente na expressão anterior e encontrar a potência em função da diferença de potencial e da resistência. Nesse caso, teremos:
Com base nas informações dadas, a potência na condição morno corresponde a que fração da potência na condição superquente?
a) 1/3
b) 1/5
c) 3/5
d) 3/8
e) 5/8
Ver Resposta
Alternativa d: 3/8
Veja também: Associação de Resistores - Exercícios
Rosimar Gouveia
Bacharel em Meteorologia pela Universidade Federal do Rio de Janeiro (UFRJ) em 1992, Licenciada em Matemática pela Universidade Federal Fluminense (UFF) em 2006 e Pós-Graduada em Ensino de Física pela Universidade Cruzeiro do Sul em 2011.