Qualquer um que esteja ligado às notícias está familiarizado com histórias sobre usinas elétricas que comparam seu custo e eficiência com o quanto dependem de fontes de energia renováveis e não renováveis. Mas o que esses termos realmente significam? O que as pessoas estão falando quando falam sobre energia elétrica?
Definição de Energia Elétrica
Na física,potênciaé definido como o trabalho realizado por unidade de tempo, ou P = W / t, ondePé a potência em watts (W) ou joules por segundo (J / s), trabalhoCestá em newton-metros (Nm) ou Joules (J), e o tempotestá em segundos (s). No setor de energia, a energia geralmente é medida em quilowatts ou mesmo megawatts.
As fontes de energia no mundo real são abundantes. Os músculos fazem um corpo levantar pesos, os motores de combustão impulsionam um carro e as turbinas eólicas giram os geradores. A fraseenergia elétricarefere-se especificamente à energia gerada por eletricidade ou fluxo de elétrons.
Uma estação de energia elétrica, então, é um lugar onde a energia de alguma fonte - queima de carvão, energia solar ou outra coisa - está sendo convertido em eletricidade que pode ser entregue aos consumidores por meio de energia linhas. Quanto mais eficiente for esse processo, mais energia os consumidores obterão da mesma quantidade de energia e, geralmente, pelo menor custo.
Fontes de energia elétrica
Quase qualquer fonte de energia pode ser usada em usinas de energia para gerar energia elétrica. As formas de energia podem ser alteradas de seu estado original para energia potencial elétrica. Nesta era de consciência das mudanças climáticas, a distinção mais saliente entre os tipos é se a fonte érenovável(auto-reabastecimento) ounão renovável(uma fonte finita que eventualmente será usada).
Exemplos de fontes de energia renováveis incluem:
- Solar
- Hidrelétrica
- Geotérmico
- Vento
Exemplos de fontes de energia não renováveis (combustíveis fósseis) incluem:
- Carvão
- Óleo
- Gás natural
Além de ser mais duradouro, a geração de energia por meio de fontes renováveis também costuma ter uma menor impacto ambiental negativo do que perfuração ou mineração de combustíveis fósseis não renováveis e, em seguida, queima eles.
Fórmula para energia elétrica
O trabalho feito para mover uma carga elétricaq, medido em coulombs (C), através de uma lacuna potencialV, medido em volts (v) é igual à energia elétricaqVem Joules (J).
Isso significa que a definição de energia pode ser reescrita para energia elétrica especificamente como:
P = \ frac {qV} {t}
Em seguida, com base na definição de uma corrente elétrica como o fluxo de elétrons (cargas) ao longo do tempo, a parte "q / t" dessa equação pode ser reescrita usando a variável para a correnteeu, medido em amperes (A). Então:
P = IV
Em inglês, isso demonstra que a energia elétrica também pode ser definida como a corrente de algo vezes sua voltagem.
Outras fórmulas para energia elétrica
Os alunos familiarizados com circuitos em física também notarão que a aplicação da Lei de Ohm,V = IR, para a equação de potência resulta em mais duas maneiras de calcular a potência elétrica de um objeto com base nas propriedades do circuito em que ele opera:
P = IV = I ^ 2R = \ frac {V ^ 2} {R}
ResistênciaRé medido em ohms (Ω).
Exemplos
Quanta energia elétrica é usada por uma lâmpada de 60 watts ligada por 30 minutos?
As informações fornecidas aqui são os valores de potênciaPe tempot. No entanto, o tempo não está na unidade SI correta de segundos. Com 60 segundos por minuto por 30 minutos, a lâmpada estava acesa por1.800 segundos.
A próxima etapa é realizar esse trabalhoCpode ser medido em newton-metrosou Joules, uma unidade de energia. Portanto, a definição geral de poder como trabalho ao longo do tempo, ouP = W / tresolver paraC, produzirá a solução desejada.
W = Pt = 60 \ vezes 1800 = 108.000 \ texto {J}
Qual é a potência de saída de um vácuo que consome 12 amperes de corrente de uma tomada de 120 volts?
Desde atualeue voltagemVsão dados, enquanto o poderPé desconhecido, a equação que irá relacionar todas as variáveis éP = IV.
P = IV = (12) (120) = 1.440 \ texto {W}