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Potência

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Esta páginacita fontes, mas quenão cobrem todo o conteúdo. Ajude ainserir referências (Encontre fontes:ABW  • CAPES  • Google (notícias • livros • acadêmico)).(Outubro de 2016)
 Nota: Para outros significados, vejaPotência (desambiguação).
Mecânica clássica
Diagramas de movimento orbital de um satélite ao redor da Terra, mostrando a velocidade e aceleração.

Emfísica,potência é a grandeza que determina a quantidade deenergia concedida por uma fonte a cada unidade detempo. Em outros termos, potência é a rapidez com a qual uma certa quantidade de energia é transformada ou é a rapidez com que otrabalho é realizado. Suaunidade noSistema Internacional de Unidades é owatt.[1]

Em outros ramos, como naengenharia, a compreensão sobre o assunto potência é de grande relevância, dado que quando um engenheiro vai projetar umamáquina, 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.[2]

Equação

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A potência é dada porP=Wt{\displaystyle P={\frac {W}{t}}}. Onde W = trabalho realizado et = tempo com que se executa o trabalho.

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

Na mecânica clássica a potência também pode ser entendida como sendo a força multiplicada pela velocidade.[2]

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

Potência: sabendo aforça aplicada (constante) e avelocidade dapartícula:P=δWδt=δ(F⋅x)δt=Fδxδt=F⋅v{\displaystyle P={\frac {\delta W}{\delta t}}={\frac {\delta (F\cdot x)}{\delta t}}=F{\frac {\delta x}{\delta t}}=F\cdot v}

  • 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:P=dWdt{\displaystyle P={\frac {dW}{dt}}}.[2]

Unidades de potência

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Ver artigo principal:Unidades de potência

NoSI, a unidade de potência é o W (watt), dimensionalmente igual ajoule porsegundo (J.s-1). Usam-se-lhe, conforme aordem de grandeza, submúltiplos e múltiplos, como, por exemplo,miliwatt, mW (10-3 W) equilowatt, 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 deenergia elétrica.

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

Potência do ser humano

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A potência consumida ou dissipada por umser 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 2 000 W de potência realizada por curtos períodos de tempo.

Potência de um motor

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

Potência em CV:P=2πn⋅T60⋅75{\displaystyle P={\frac {2\pi n\cdot T}{60\cdot 75}}} onde P [cv] , T [kgf.m], n [rpm].


Potência em kW:P=2πn⋅T⋅0,7354987560⋅75{\displaystyle P={\frac {2\pi n\cdot T\cdot 0,73549875}{60\cdot 75}}} onde P [kW], T [kgf.m], n [rpm].


Potência em kW:P=2πn⋅T60⋅1000{\displaystyle P={\frac {2\pi n\cdot T}{60\cdot 1000}}} onde P [kW], T [N.m], n [rpm].

Potência em kW:P=n⋅T9549,29658548{\displaystyle P={\frac {n\cdot T}{9549,29658548}}} onde P [kW], T [N.m], n [rpm].

Outra maneira:

Potência=Torque×2π×Velocidade angular{\displaystyle {\mbox{Potência}}={\mbox{Torque}}\times 2\pi \times {\mbox{Velocidade angular}}}

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

Potência (W)=Torque (N⋅m)×2π×Velocidade angular(Hz ou rps){\displaystyle {\mbox{Potência (W)}}={\mbox{Torque (N}}\cdot {\mbox{m)}}\times 2\pi \times {\mbox{Velocidade angular(Hz ou rps)}}}


Potência (kW)=Torque (N⋅m)×2π×Velocidade angular (rpm)60000{\displaystyle {\mbox{Potência (kW)}}={\frac {{\mbox{Torque (N}}\cdot {\mbox{m)}}\times 2\pi \times {\mbox{Velocidade angular (rpm)}}}{60000}}}
P (kW)=T (N⋅m)×n (rpm)9549,29658548{\displaystyle {\mbox{P (kW)}}={\frac {{\mbox{T (N}}\cdot {\mbox{m)}}\times {\mbox{n (rpm)}}}{9549,29658548}}}

Potência específica

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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 porquilograma (W.kg-1).

Potência média

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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:Pm=Wt{\displaystyle P_{m}={\frac {W}{t}}}.[2]

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

Representação gráfica

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

Em umgráfico que represente a potência em função do tempo, aárea sob acurva é numericamente igual ao trabalhoW{\displaystyle W} realizado no intervalo de tempoΔt{\displaystyle \Delta t}. Essa afirmação é válida tanto para o caso particular em que a potência for constante, quanto para o caso geral em que for variável.[3] Quando a potência for constante,

P=WΔt{\displaystyle P={\frac {W}{\Delta t}}}

W=P⋅Δt{\displaystyle W=P\cdot \Delta t} .

Quando for variável, o trabalho é dado por

W=∫t1t2Pdt{\displaystyle W=\int _{t_{1}}^{t_{2}}P\,dt} .

Potência e velocidade

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

Considerando uma forçaconstanteF→{\displaystyle {\overrightarrow {F}}} que atua num corpo durante um intervalo de tempo, no qual o deslocamento éd→{\displaystyle {\overrightarrow {d}}}, como observado na Figura ao lado. Assim, a potência média da força pode ser escrita como:[3]

Pm=WΔt{\displaystyle P_{m}={\frac {W}{\Delta t}}} =Fdcos⁡θΔt{\displaystyle {\frac {Fd\cos \theta }{\Delta t}}}

Pm=F⋅vmcos⁡θ{\displaystyle P_{m}=F\cdot v_{m}\cos \theta }

Onde:vm{\displaystyle v_{m}} é o modulo da velocidade média.

A potência instantânea é a taxa da variação instantânea com a qual o trabalho e realizado. Em geral, ocálculo da potência instantânea é complexo. No entanto, quando a potência é constante, seu valor pode ser calculado pela mesmafórmula para o calculo da potencia media:[4]

P=dWdt{\displaystyle P={\frac {dW}{dt}}}

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 forçaF→{\displaystyle {\overrightarrow {F}}} que faz um ânguloθ{\displaystyle \theta } com a direção do movimento da partícula, temos:[4]

P=dWdt=F.cos⁡θ.dxdt=F.cos⁡θdxdt{\displaystyle P={\frac {dW}{dt}}={\frac {F.\cos \theta .dx}{dt}}=F.\cos \theta {\frac {dx}{dt}}}

P=F.v.cos⁡θ{\displaystyle P=F.v.\cos \theta }

Em casos, no qual a força aplicada éparalela à velocidade, temos queθ=0{\displaystyle \theta =0}, assimcos⁡θ=1{\displaystyle \cos \theta =1}, então pode-se escrever que:

P=F.v{\displaystyle P=F.v}

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.[4]

Potência elétrica

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Ver artigo principal:Potência elétrica

Apotência 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 acorrente alternada, que varia o seu valor de modo senoidal com o tempo. Para uma corrente alternada trifásica, sendo uma carga alimentada por trêscondutores, estando a corrente alternada em equilíbrio, a potência ativa fornecida é dada por:[5]

Pel=3VIcos⁡ϕ{\displaystyle P_{el}={\sqrt {3}}\,V\,I\,\cos \phi }.

Nessa expressão,V{\displaystyle V} eI{\displaystyle I} representam, respectivamente, atensão entre as fases e acorrente presente em uma das fases.cos⁡ϕ{\displaystyle \cos \phi } é o chamado fator de potência. Em relação àcorrente alternada, a potência pode ser decomposta em duas componentes: apotência ativa, relacionada com as cargas de caráterresistivo, e apotência reativa, que decorre da formação periódica dos camposmagnético eelétrico nocircuito.[5]

Potência e energia

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Potência pode estar relacionado a qualquer processo em que hajafluxo de energia. Em um sistema no qual se fornece (ou recebe) energiaΔE{\displaystyle \Delta E}, em um intervalo de tempoΔt{\displaystyle \Delta t}, a potência média fornecida(ou recebida) pelo sistema pode ser dado por:[3]

Pm=ΔEΔt{\displaystyle P_{m}={\frac {\Delta E}{\Delta t}}}

Rendimento

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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 oatrito, é denominada de potência dissipada; a energia que sobra, que é capaz de realizar um trabalho é denominada de potência útil.

Orendimento está relacionado entre o quociente entre a potência utilizada para provocar a ação e a potencia total fornecida.[6]

η=PuPt{\displaystyle \eta ={\frac {P_{u}}{P_{t}}}}

Ver também

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Referências

  1. ↑Young, Hugh D.; Freedman, Roger A. (2009).Física III. Eletromagnetismo 12 ed. São Paulo: Addison Wesley. p. 152.ISBN 978-85-88639-34-8 
  2. ↑abcdALONSO, Marcelo; FINN, Edward J. (1972).Física: um curso universitário. São Paulo: Edgard Blücher.ISBN 978-85-212-0831-0  !CS1 manut: Nomes múltiplos: lista de autores (link)
  3. ↑abcSAMPAIO, José Luiz; CALÇADA, Caio Sérgio (2008).Física. São Paulo: Saraiva. p. 655.ISBN 978-85-357-0958-2  !CS1 manut: Nomes múltiplos: lista de autores (link)
  4. ↑abcWALKER, Jearl (2012).Halliday & Resnick: Fundamentos de Física.1. Rio de Janeiro: LTC. p. 340.ISBN 978-85-216-1903-1 
  5. ↑abVIANA, 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.  !CS1 manut: Nomes múltiplos: lista de autores (link)
  6. ↑COELHO, Felipe.«Física»(PDF). Universidade Federal de Juiz de Fora - Curso Pré-universitário Popular. Consultado em 2 de dezembro de 2015. Arquivado dooriginal(PDF) em 11 de dezembro de 2015 
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