Exemplo 1: Uma fonte DC de 100 V alimenta uma carga resistiva de
. Determine a potência fornecida para carga
, a potência dissipada no reostato
, a potência fornecida pela fonte
e a eficiência
, se o reostato é configurado em:
;
Passo 1
O enunciado dá uma fonte contínua (DC) de
que alimenta em série uma carga resistiva de
e um reostato que, nesta configuração, vale
. As perguntas que temos de responder são:
- Determinar a potência fornecida à carga
. - Determinar a potência dissipada no reostato
. - Determinar a potência fornecida pela fonte
. - Determinar a eficiência
.
Informações relevantes extraídas do enunciado:
- Tensão da fonte:
. - Resistência da carga:
. - Resistência do reostato (nesta configuração):
. - Montagem em série (portanto resistência total
).
Passo 2
Vamos lembrar a lei básica que liga tensão, corrente e resistência — a Lei de Ohm — porque ela é a chave para começar a resolver tudo aqui.
A Lei de Ohm:
onde
-
é a tensão (volts), -
é a corrente (amperes), -
é a resistência (ohms).
Como os resistores estão em série, a resistência total é
Substituindo os valores dados:
Passo 3
Agora calculamos a corrente total do circuito usando a Lei de Ohm aplicada à fonte e à resistência total:
Substituindo os valores:
Interpretação: a corrente que passa por toda a série vale
. Não tenha medo desses números — com resistência zero do reostato, a corrente só é limitada pela carga de
.
Passo 4
Próximo: potência na carga. Existem várias fórmulas para potência elétrica; explico as duas mais usadas e por que podemos usar uma delas:
Fórmulas de potência elétrica:
Cada fórmula é equivalente, dependendo de quais grandezas você conhece. Aqui conhecemos
e
, então usamos
Calculando:
Comentário prático:
é muita potência para um resistor de
; isso mostra que, na prática, um reostato zero poderia causar correntes muito grandes — cuidado em laboratório!
Passo 5
Potência dissipada no reostato
. Usamos a mesma fórmula
com
:
Interpretação: com reostato em
, ele não dissipa potência (é um curto ideal); toda a potência dissipada ocorre na carga.
Passo 6
Potência fornecida pela fonte. A potência entregue pela fonte é a tensão da fonte multiplicada pela corrente que ela fornece:
Substituindo:
Verificação de conservação de energia elétrica: em regime estacionário sem outras fontes, a potência fornecida pela fonte deve igualar a soma das potências dissipada nas resistências:
Calculando os dois lados:
, bate direitinho.
Passo 7
Cálculo da eficiência
. A eficiência é a fração da potência fornecida que é entregue à carga útil. Definição:
Substituindo os valores encontrados:
Em termos percentuais:
Interpretação final: com reostato nulo, toda a potência fornecida pela fonte é dissipada na carga
, portanto a eficiência é
. (Na prática isso só ocorre porque consideramos o reostato ideal sem perdas e sem outros elementos do circuito.)