Descreva o que é potência, eficiência de um sistema e dê exemplos?

Passo 1

O enunciado pede para explicar dois conceitos fundamentais de Física de sistemas energéticos: a potência, que relaciona trabalho ou energia com o tempo, e a eficiência, que mede o quão bem um sistema converte a energia que recebe em trabalho ou energia útil.

Passo 2

Potência é a velocidade com que um sistema executa trabalho ou transforma energia. Em outras palavras, é a razão entre o trabalho realizado W e o intervalo de tempo t em que esse trabalho ocorre. Matematicamente:
P = \frac{W}{t}
onde \,P é a potência (em watts, \text{W}), \,W é o trabalho ou energia transferida (em joules, \text{J}), \,t é o intervalo de tempo (em segundos, \text{s}).

Passo 3

Um exemplo de potência: suponha que um motor levante um peso de 200, \text{J} em 4, \text{s}. A potência média desse motor é
P = \frac{200\,\text{J}}{4\,\text{s}} = 50\,\text{W}.
Isso significa que o motor converte energia a uma taxa de 50, \text{J/s}.

Passo 4

Eficiência de um sistema é a relação entre a energia útil que ele entrega e a energia total que ele recebe, expressa geralmente em porcentagem. Define-se como
\eta = \frac{E_{\text{útil}}}{E_{\text{fornecida}}}\times 100\%,ú
onde \eta é a eficiência, \,E_{\text{útil}}ú é a energia ou trabalho efetivamente aproveitado, \,E_{\text{fornecida}} é a energia total consumida pelo sistema.

Passo 5

Dois exemplos de eficiência:
  1. Em um motor térmico que recebe 1000, \text{J} de calor e converte 300, \text{J} em trabalho mecânico,
\eta = \frac{300}{1000}\times 100\% = 30\%.
  1. Num transformador elétrico que entrega 95, \text{W} de saída para uma carga após consumir 100, \text{W} da rede,
\eta = \frac{95}{100}\times 100\% = 95\%.

Resposta

Potência é a taxa de realização de trabalho ou de transferência de energia, dada por \displaystyle P=\frac{W}{t}, medida em watts \text{W}.
Eficiência é a fração da energia fornecida que é convertida em energia útil, dada por \displaystyle \eta=\frac{E_{\text{útil}}}{E_{\text{fornecida}}}\times100\%ú.
Exemplos:
• Um motor que realiza 200, \text{J} de trabalho em 4, \text{s} tem potência de 50, \text{W}.
• Um motor térmico com eficiência de 30\% converte 300, \text{J} de trabalho útil a partir de 1000, \text{J} de calor recebido.
• Um transformador com eficiência de 95\% entrega 95, \text{W} de saída para cada 100, \text{W} consumidos.

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