Meio Ambiente

Como A Energia Elétrica é Medida, e Como é que a Sun Oferece?

Como é energia eléctrica medida, e como é que a Sun oferece?

Unidades eléctricas de Energia

No assim chamado “Sistema Internacional de Unidades”, que se baseiam em unidades métricas, e que formam a base para as unidades eléctricas que usamos, trabalho e energia têm a mesma unidade, o chamado “efeito Joule”. 

“Joule” soa da mesma forma que a palavra “jóia” (como em diamantes e esmeraldas). O Joule é nomeado após o físico Inglês James Prescott Joule (foto à direita), que viveu de 1818 a 1889.  Joule desempenhou um importante papel em generalizar as noções de energia mecânica que se seguiu das leis de Newton. Em particular, ele mostrou que o calor é um tipo de energia.

Para entender a definição de um Joule, primeiro temos que entender uma definição da unidade de força utilizada no Sistema Internacional de unidades, o que é chamado de “Newton”, em homenagem ao físico Inglês Isaac Newton. Um Newton da força é definida como sendo a força que podem acelerar uma massa de 1 kg (cerca de 2,205 libras), de tal modo que pega 1 metro por segundo de velocidade durante cada segundo, que a força é exercida. Assim, depois de um segundo, a massa de um quilograma vai de 1 metro por segundo, depois de dois segundos, 2 metros por segundo, e assim por diante.

Agora recordar que o “trabalho” é definido como força vezes a distância (ver a primeira seção deste primer – “O que é energia”)., E também que a energia tem as mesmas unidades como o trabalho A Joule é a quantidade de energia que gastamos como trabalhar se exercer uma força de um Newton de força a uma distância de um metro. Intuitivamente, 1 Joule é sobre a quantidade de energia que é preciso para levantar 1 lb cerca de 9 polegadas.

Quando falamos de alimentar aparelhos em nossa casa com eletricidade, que não são normalmente interessados em quanta energia um aparelho utiliza per se, mas sim a taxa de utilização de energia, ou em outras palavras, a quantidade de energia por unidade de tempo o aparelho empates. Esta quantidade é chamado o “poder”:

Potência = Energia / Tempo

Em particular, para energia elétrica, usamos o “Watt” (nomeado após o cientista James Watt):

1 Watt = 1 Joule / Second.

É importante não confundir força e energia, embora eles estão intimamente relacionados. Basta lembrar que o poder é a taxa em que a energia é entregue, não uma quantidade de energia em si. Com simples álgebra, pode transformar a fórmula acima para poder ao redor de resolver para a energia em vez disso, e escrever:

Energia = Potência x Tempo.

Por exemplo, usando a definição da palavra watt dado acima, uma lâmpada de 100 watts é um dispositivo que converte 100 joules de energia elétrica em 100 joules de radiação eletromagnética (luz) a cada segundo. Se você deixar uma luz de 100 watts por uma hora, ou seja, 3.600 segundos, em seguida, a energia total que você usou foi:

Energia = Potência x Tempo 

= (100 Joules / segundo) x (3600 segundos) 

= 360.000 Joules

Watts são uma unidade muito conveniente quando se trabalha com os aparelhos, por exemplo, para especificar a fonte de luz-lâmpadas. Mas também há momentos em que você está interessado no uso total de energia, por exemplo, quando você está calculando o quanto sua conta de luz vai ser. Você pode ver que não é tão conveniente para trabalhar com Joules para especificar o uso total de energia em situações práticas, porque você começa tão grande número, como os 360.000 Joules figura acima. Assim, quando se trata de trabalhar com total de energia de uso (em oposição ao poder que você precisa para executar alguma coisa), pessoas como trabalhar com outra unidade, chamada a “hora kilo-watt”:

1 kilo watts hora = a energia entregue por 1000 watts de potência, durante um período de uma hora.

Esta é a quantidade de energia que você usaria para executar um secador de cabelo típico durante uma hora. Para ver quantas Joules isto é, calculamos:

Energia = Potência x Tempo

 = (1000 Joules / segundo) x (3600 segundos) 

= 3.600.000 Joules = 3,6 milhões de Joules!

Isso é um monte de Joules! Então você vê que as horas de quilowatts-é muito melhor unidade para grandes quantidades de energia.

Para lhe dar uma sensação de quanto de energia do Sol oferece, considere que em um dia ensolarado, ao meio-dia solar, a luz do sol na superfície da Terra oferece cerca de 1000 watts (um quilowatts) por metro quadrado. Uma célula solar fotovoltaica típica pode converter cerca de 15% deste à electricidade, que é, cerca de 150 watts (as melhores células no laboratório pode ir um pouco mais elevada, até cerca de 34%, ou 340 watts). 

Agora vamos perguntar o quanto de energia que você precisa para alimentar a sua casa. Supondo que 15% por cento de células solares eficientes (para que possamos captar 150 watts por metro quadrado, quando o sol está brilhando), a potência total será dada por:

Potência = (Área de painéis solares) x 150 watts / m 2

Ligar o na fórmula acima para a energia, e as horas de luz solar para o tempo, encontramos:

A energia gerada por dia = ( Área de painéis solares) x 150 watts / m 2 x (horas de luz solar)

Supondo-se que a energia gerada por dia é igual à energia utilizada por dia, e resolvendo para a área, encontramos:

Área de painéis necessários = (Energia utilizada por dia) / ( 150 watts / m 2 x (horas de luz solar))

Residências dos EUA atualmente usa cerca de 14 quilo-watt-hora de energia elétrica por dia, em média (que é provavelmente desnecessariamente elevado e pode ser facilmente reduzido por mudar para aparelhos mais eficientes). Suponha que você tem cinco boas horas de sol durante o dia. Em seguida, usando a fórmula acima, t ele área em painéis solares que você precisa para obter o empate familiar média de 14 quilo-watts-hora por dia seria

Área necessária = 14.000 watts-hora / (150 watts / m 2 x 5 horas) 

= 18,6 metros quadrados = 200 pés quadrados

Pode ser visto que esta figura representa uma área de 10 pés por 20 pés, muito menos do que a área do telhado de uma casa típica. Portanto, a Sun fornece ampla potência para energia elétrica residencial!

Amps e Volts 

Finalmente, algumas pessoas podem se perguntar sobre como amplificadores e volts se encaixa em tudo isso. Tensão , mede a quantidade de energia elétrica é entregue se uma determinada carga, ou seja, um certo número de elétrons, são transmitidos através de um circuito. Em outras palavras, diz-lhe que tal e uma quantidade de energia, tais será entregue se tal e tal número de elétrons passam através do circuito. O número de electrões é medido com a unidade de Coulomb , que consiste de 1,6 x 10 19 electrões. Amplificadores são uma medida de como muitas Coulombs por segundo está a ser transmitido, que é chamar a corrente . Assim, uma corrente de um amplificador no um fio significa exatamente 1,6 x 10 19 elétrons por segundo estão fluindo passado um determinado ponto no fio.

A tensão de 1 volt significa que 1 joule de energia será entregue para cada Coulomb de carga que flui através do circuito. A tensão de 2 volts significa que 2 joules de energia será entregue para cada Coulomb, e assim um. Desde atual é o número de coulombs por segundo, e poder é o número de joules por segundo (watts), vemos que

De energia (em watts) = Joules / Second

 = (Joules / Coulomb) x (Coulomb / Second)

 = Volts x ampères

 = Número de Watts

Suponha agora, por exemplo, que queremos saber a quantidade de corrente, em ampères, que um secador de cabelo empates. Suponha-se que o secador de cabelo é avaliado para desenhar 1100 watts de potência. Em uma típica casa com corrente alternada (digamos, de uma linha de utilidade) as tomadas de energia no fornecimento de parede de 110 volts (pelo menos nos EUA). Ao transformar a fórmula acima em torno de resolver para amps, vemos que um secador de cabelo 1100 watt desenha sobre:

amps = potência / volts = 1100 watts / 110 volts = 10 amperes.

Se o fusível para a saída limita a amperagem para cerca de 15 amps (fusíveis são classificados pela corrente máxima que pode fluir através deles), então vemos que, se conectado dois destes secadores de cabelo ao mesmo tempo, eles iriam juntos desenhar 20 amps, e o fusível iria explodir!

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Vagner Liberato

Meu nome é Vagner Liberato, sou carioca e vivo no Rio de Janeiro. Formei-me em Administração de Empresas e sou um apaixonado por conteúdo sustentável. Desde 2015 faço o Jornal Sustentabilidade com maior prazer! Para falar comigo, entre em contato pelo email: contato@meioambienterio.com

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