Hoje eu instalei essa lampadinha na estante do meu quarto:

Transcrição

1 Hoje eu instalei essa lampadinha na estante do meu quarto: os fios estão ligados na tomada. A tensão da rede aqui em SC é 220 V. Eu medi as resistências da lâmpada e do resistor com o multímetro. Os valores que eu obtive estão colados na foto. Estou assumindo que tu já sabes o que é tensão (diferença de pontencial elétrico, popularmente chamada de voltagem), corrente elétrica e resistência. ~ se precisar de ajuda com esses conceitos, avise ~ Vou simplificar várias coisas e talvez até cometer alguns pecados (dizer coisas não muito certas), mas não quero me aprofundar demais em assuntos que fogem ao teu interesse (ao menos nesse momento). Importante: uma simplificação que precisas saber: vamos assumir que esse é um circuito de corrente contínua. O que é uma mentira. Por quê?

2 Coisas que tu podes precisar: Lei de Ohm: V = Ri (isso foi descoberto empiricamente, ou seja, na prática) Em que V é a tensão, em Volts (V); R é a resistência, em Ohms (Ω) e i é a corrente, em Ampères (A). Um resistor transforma energia elétrica em energia térmica (efeito Joule, que é sobre o que tu tavas lendo). Uma lâmpada incandescente é um resistor: um filamento de um metal com alto ponto de fusão (que suporta altas temperaturas sem derreter), que esquenta por conta da passagem da corrente elétrica. Nessas lâmpadas que conhecemos, esse metal é o tungstênio. Quando um objeto fica muito quente, ele emite luz (quanto mais quente, mais ele brilha). O sol e as estrelas são exemplo disso. A temperatura também determina a cor da luz. Eu gostaria de explicar melhor isso, como acontece, mas não é do teu interesse imediato. Tem a ver com a estrutura dos átomos. Posso recomendar alguma leitura a respeito... A potência (mecânica ou elétrica) é a rapidez com que algum trabalho é realizado (quanto trabalho por tempo). Trabalho é transferência de energia. No nosso caso, a potência elétrica (P) é a rapidez, ou taxa, com que a energia é convertida. Quanto maior a potência de um resistor, mais energia térmica é liberada. A potência elétrica, em Watts (W), é: P = Vi Resistência equivalente em série: R &' = R ( + R * + + R, Em paralelo: ( -./ = ( ( ( - 2 Em circuitos em série, a corrente é constante em todos elementos. Em um circuito em paralelo, a tensão é constante. Num circuito paralelo, a corrente se divide entre os ramos, mas o total em todos os ramos é sempre constante: i = i ( + i * + + i, Ex: I = I1 + I2

3 Desenha esse circuito esquematicamente, representando os elementos envolvidos. Nesse circuito os resistores estão associados em série ou paralelo? Qual a corrente no circuito? Qual a tensão em cada um dos resistores? Sabendo a corrente no circuito e a tensão na lâmpada, qual a potência da lâmpada? Se não tivesse aquele outro resistor no circuito, qual seria a potência da lâmpada? Nas lâmpadas costuma aparecer escrita a potência teórica a determinada tensão. Aqui estão minha lampadinha, uma lâmpada incandescente maior e uma lâmpada mais moderna, de LED (as duas últimas a gente liga direto na rede elétrica): Lampadinha: Sim, tá ruim de ver. Com esforço dá pra perceber 220V 15 W escrito ali. Isso significa que essa lâmpada foi projetada pra ter uma potência de 15 W a 220 V.

4 uma lâmpada incandescente maior uma lâmpada LED Por que temos que associar um resistor a essa lampadinha e não a ligamos direto na rede? O resultado calculado pra potência é diferente desse valor nominal. Por que será? (só passar pra próxima página depois de pensar na resposta dessa pergunta). A lâmpada de LED tem uma potência menor que a da lampadinha. Mas ilumina muito mais que ela. Por quê?

5 A potência calculada pra lâmpada no nosso circuito é diferente da potência nominal dela. O resultado deu errado porque assumimos que a corrente no nosso circuito é contínua (ou seja, contante). Contudo, a corrente que que chega às tomadas das nossas casas é alternada. Isso significa que nem a corrente, nem a tensão são constantes. A polaridade é invertida continuamente (ou seja, os elétrons não seguem numa direção só, mas a direção em que eles se movimentam é invertida várias vezes por segundo). O resultdo disso é que a tensão não é constantemente 220 V, mas oscila entre pouco mais que V (elétrons correndo com tudo pra um lado) e pouco menos que 220 V (elétrons correndo com tudo pro outro), assumindo todos os valores entre esses extremos. Isso tem a ver com COMO a energia elétrica é gerada. Leia a respeito se tiver interesse :-) A tensão atinge valores de pico maiores/menores que ± 220 V. 220 V é considerado o valor eficaz (ou RMS). Não entraremos nesse detalhe aqui. O comportamento da tensão alternada é periódico, como uma função seno: A taxa (ou rapidez) com que os elétrons mudam de direção (a polaridade é invertida) é a frequência dessa onda. Aqui no Brasil a frequência da energia distribuida é 60 Hz. Isso quer dizer que a polaridade, a tensão e a corrente são invertidas 60 vezes por segundo. Uma consequência disso é que as lâmpadas não são alimentadas continuamente. O valor absoluto (independente do sinal) da corrente nelas é máximo 60 vezes por segundo, mas também nulo 60 vezes por segundo (e varia entre esses extremos). O mesmo acontece com a potência. O que aconteceria se essa frequência fosse muito menor? Qual efeito veríamos se olhássemos pra uma lâmpada alimentada com corrente de frequência mais baixa? Por que não percebemos isso a 60 Hz?

6 A figura anterior mostra claramente por que o nosso cálculo da potência deu errado. Mas podemos obter um resultado mais razoável se considerarmos o valor MÉDIO da potência ao longo do tempo. Sabemos que a potência varia entre 0 e um valor máximo continuamente, mas na média ela deve ficar próxima ao valor nominal para o qual a lâmpada foi projetada. É esse valor médio que consideramos, na prática, a potência da lâmpada. A tensão média pode ser calculada com: V 3é567 = ( * V &8&96:7 Qual a potência média da nossa lampadinha? O resultado é razoável quando comparado com o valor marcado nela? Se eu ligar mais uma lampadinha em série (junto com essa que já tenho e o resistor), como vai ficar o brilho das lampadinhas? Maior? Igual? Menor? Agora imagina que eu ligue minha lampadinha (de 450 Ω) e a outra lâmpada incandescente (medi a resistência dela: 50 Ω), primeiro em série e depois em paralelo. Qual a corrente e a tensão em cada elemento do circuito em paralelo? O que muda no brilho das lâmpadas quando ligadas em série e em paralelo? Por quê?