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Potência elétrica

Currículos: KS3, GCSE, cycle 4, 1re (effet Joule), Sek I, AP2

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Objetivo

Determinar a potência das lâmpadas, \(P = U \cdot I\), e comparar o brilho delas quando estão ligadas em paralelo e em série.

A montagem

Dois circuitos alimentados por fontes de 6 V, com lâmpadas de 6 V / 3 W e de 6 V / 1 W. Em cima as lâmpadas estão ligadas em paralelo, cada uma com o seu amperímetro, e o voltímetro indica a tensão nas lâmpadas. Embaixo elas estão ligadas em série, com um amperímetro e um voltímetro na lâmpada de 1 W.

Procedimento

  1. Compare o brilho das lâmpadas em cada circuito.
  2. No circuito de cima, calcule a potência de cada lâmpada: \(P = U \cdot I\), onde \(U\) é a leitura do voltímetro.
  3. No circuito de baixo, calcule a potência da lâmpada de 1 W e estime a tensão na lâmpada de 3 W: 6 V menos a leitura do voltímetro.
Resultado esperado

Em paralelo: cerca de 5,6 V nas lâmpadas — parte dos 6 V se perde dentro da fonte; lâmpada de 3 W — cerca de 478 mA, 2,7 W; lâmpada de 1 W — cerca de 160 mA, 0,9 W; as duas ficam um pouco abaixo da sua potência nominal, e a lâmpada mais potente brilha mais. Em série: a corrente é de cerca de 151 mA, e a lâmpada de 1 W tem cerca de 5,09 V (0,77 W); na lâmpada de 3 W a estimativa é de cerca de 0,9 V (na verdade, cerca de 0,8 V — um pouco mais se perde na fonte e no amperímetro), e ela mal brilha. A lâmpada de maior resistência brilha mais.

Questões

  1. Por que a lâmpada de menor potência brilha mais quando as lâmpadas estão em série?
  2. Quanta energia a lâmpada de 3 W consome em uma hora?
Respostas
  1. Em série, pelas duas lâmpadas passa a mesma corrente, então, por \(P = I^2 R\), a lâmpada de maior resistência recebe mais potência. Pelos valores nominais, \(R = U^2 / P\) dá 36 Ω para a lâmpada de 1 W e 12 Ω para a de 3 W, então a lâmpada de 1 W fica com a maior parte da tensão: cerca de 5,09 V e 0,77 W, contra cerca de 0,8 V e 0,12 W da lâmpada de 3 W.
  2. \(E = P \cdot t\) = 3 W × 3600 s = 10 800 J, ou 3 W·h. Nesta montagem, em paralelo, ela consome cerca de 2,7 W, o que dá cerca de 9,7 kJ em uma hora.