Resistores e Potência Elétrica: como calcular, efeito Joule e exemplos

A aplicação e utilização de resistores em diferentes situações problemas e cotidianas é uma das abordagens mais importantes quando estudamos Eletricidade. 

Os resistores são dispositivos ou simples materiais que se opõem ao fluxo da corrente elétrica, ou seja, elétrons em movimento. A energia elétrica consumida pelos aparelhos elétricos está diretamente ligada à resistência elétrica dos aparelhos, alguns aparelhos eletrodomésticos têm seu funcionamento baseado no resistor e sua resistência.

Resistores e efeito Joule

Fonte: Autora do Resumo

Ao se opor a passagem de energia elétrica, o resistor transforma a energia elétrica em energia térmica, um fenômeno natural, conhecido como efeito Joule. Esse fenômeno é utilizado para o funcionamento de diversos aparelhos, como aquecedores e chuveiros elétricos.

Os resistores podem ter diferentes formatos, como a primeira ilustração da esquerda para direita da figura 1, bastante utilizada em circuitos elétricos, em questões de resistores no ENEM.

A capacidade de um resistor é chamada de resistência, e quanto maior a resistência de um material ou dispositivo, maior o efeito Joule e maior a resistência à passagem de elétrons. No Sistema Internacional a unidade de resistência elétrica é o Ohm(Ω).

Os fios condutores também são resistores, e sua resistência é intrínseca ao material que o constitui, conhecida como resistividade(ρ). O comprimento do fio elétrico(L) é diretamente proporcional à resistência do mesmo, assim como a área de secção(A) do fio condutor é inversamente proporcional à resistência elétrica do fio. As relações podem ser expressas através da Segunda Lei de Ohm:

Potência elétrica

Os receptores elétricos são os dispositivos que necessitam de corrente elétrica para seu funcionamento, em outras palavras, são a maioria dos dispositivos eletrônicos encontrados em residências, como: chuveiro elétrico, televisores, aparelho de ar-condicionado, ventiladores, geladeiras e etc.

Para o funcionamento dos receptores é preciso o fornecimento de energia elétrica. A quantidade de energia elétrica(E) consumida por um aparelho elétrico em um determinado intervalo de tempo(t) é dada como Potência Elétrica(P). 

No Sistema Internacional a unidade de energia é dada em Joule, assim como a potência é dada em Watt e o tempo em segundos. Usualmente, em questões de potência elétrica, utilizamos o tempo em horas.

1 Watt = 1 Joule/segundo

Cálculo da energia elétrica

Exemplo: Um aparelho elétrico X possui potência de 60W e funciona diariamente por 90 minutos. A fornecedora de energia elétrica taxou o valor do kWh em R$0,73 centavos. Ao final de um mês(30 dias) qual o valor da fatura de energia será pago referente ao consumo de energia do aparelho elétrico X?

E = P . t

E = 60 . (1,5 horas . 30 dias)

E = 2700 Wh = 2,7 kWh

Se 1 kWh equivale a R$0,73 centavos, logo 2,7 . 0,73 temos R$ 1,97 reais.

Corrente elétrica 

Quando os elétrons se movem ao longo de um material condutor devido uma diferença de potencial(d.d.p), temos o fenômeno da corrente elétrica, caracterizada pelo fluxo de elétrons ao longo de um material, como um fio condutor.

A corrente elétrica é dada pela razão da carga elétrica que flui no material condutor pelo intervalo de tempo. Sua unidade no Sistema Internacional é o Ampere(A).

Exemplo: Em um fio condutor fluem 41,6 trilhões de elétrons em aproximadamente 5 minutos. A corrente elétrica, em Amperes, é de:

Uma dica importantíssima para as resoluções de questões envolvendo corrente elétrica é lembrar de alguns prefixos de unidades de medida:

Tabela 1 - Alguns prefixos de unidade de medida.

Prefixo	Valor
n (nano)	10^-9
μ (micro)	10^-6
m (mili)	10^-3

Fonte: Autora do Resumo

Primeira Lei de Ohm

Um resistor ôhmico é aquele que seu funcionamento respeita a Primeira Lei de Ohm. Segundo a Primeira Lei de Ohm a corrente elétrica em um condutor de resistência constante é diretamente proporcional à diferença de potencial (d.d.p).

Logo, podemos interpretar que se a relação entre a d.d.p e a corrente elétrica é diretamente proporcional, em resistores ôhmicos, a razão entre a d.d.p e a correten elétrica é a resistência elétrica(R).

Tabela 1 - Exemplo da relação entre corrente elétrica e tensão(d.d.p)

Corrente	Tensão	1ª Lei de Ohm	Resistência
1 A	2,5 V	R = 2,5 / 1	2,5 Ω
6,2	15,5 V	R = 15,5 / 6,2	2,5 Ω
13 A	32,5 V	R = 32,5 / 13	2,5 Ω

Fonte: Autora do Resumo

Potência elétrica e a Primeira Lei de Ohm

A potência elétrica de um dispositivo ou aparelho eletrônico pode ser determinada através da Primeira Lei de Ohm. A primeira relação que nos permite encontrar a potência é

Sabemos que U = R . i, logo podemos reescrever a relação da potência substituindo primeiro a diferença de potencial;

Substituindo agora a corrente elétrica temos:

Resistores e Potência Elétrica no Enem

Potência elétrica e resistores são temas frequentes nas questões de Ciências da Natureza e suas Tecnologias, lembrando que esse conteúdo está dentro de Eletricidade, um dos TOP 5 conteúdos mais incidentes. O aluno deve esperar questões envolvendo aplicação direta das relações abordadas neste resumo. Vamos analisar um exemplo de abordagem já cobrada no ENEM:

ENEM 2021

A questão apresenta um texto-base bem curto e uma imagem fundamental para resolução, pois nela estão as informações necessárias para resolução do comando da questão. 

As informações fornecidas na imagem são: 115 VCA, VCA equivale a unidade Volts, logo temos que a d.d.p é de 115 V, assim como a potência elétrica de 750 W.

Já transformando em kWh, pois percebemos rapidamente no comando a utilização desta unidade. Precisamos movimentar a vírgula no final do número 750 três casas para esquerda, deixando assim 0,75 kWh.

Agora utilizando a relação de consumo de energia temos:

E = P . t E = 0,75 . (0,5h . 30 dias) E = 0,75 . 15 E = 11,3 kWh

[GABARITO: D]