Potência elétrica e conta de luz

Uma lâmpada de 60 W acesa por 1000 horas consome 60 kWh; a 12 centavos por kWh, isso custa $7.20.

Potência: energia por segundo

A potência de uma lâmpada, em watts, indica a rapidez com que ela transforma energia elétrica em luz e calor. Potência é energia por segundo e, em um circuito, tem uma expressão simples. Tensão é energia por coulomb, e corrente é coulombs por segundo; multiplicando as duas, obtemos energia por segundo: P = I V. Um ampere a um volt corresponde a um watt. Uma tomada de veículo com corrente nominal de 20 A em um sistema de 12 V pode fornecer até 20 × 12 = 240 W. Combinando P = I V com a lei de Ohm, obtemos mais duas formas para resistores: P = I² R e P = V² ÷ R.

As três formas destacam relações diferentes. P = V² ÷ R mostra que, sob tensão fixa, uma resistência menor resulta em maior potência. Por isso, uma lâmpada de 60 W feita para 120 V tem resistência menor (120² ÷ 60 = 240 Ω) que uma de 25 W para a mesma tensão (120² ÷ 25 = 576 Ω). Como V está ao quadrado, dobrar a tensão sobre a mesma resistência quadruplica a potência. É por isso que uma lâmpada feita para 120 V queima rapidamente em 240 V.

Qual lâmpada brilha mais?

No laboratório, o brilho de uma lâmpada acompanha sua potência. Este problema costuma surpreender. Pegue uma lâmpada de 6 Ω e outra de 24 Ω. Em paralelo, ligadas a 6 V, cada uma recebe os 6 V completos. P = V² ÷ R dá 6 W para a lâmpada de 6 Ω e 1.5 W para a de 24 Ω, então a de menor resistência brilha mais. Agora ligue as mesmas duas em série a 6 V. A corrente nas duas é 6 ÷ 30 = 0.2 A, e P = I² R dá 0.24 W para a de 6 Ω e 0.96 W para a de 24 Ω. Agora a de maior resistência tem brilho quatro vezes maior. Em série, a corrente é a mesma, então a maior resistência dissipa mais potência; em paralelo, a tensão é a mesma, então a menor resistência dissipa mais.

Dos watts à conta: o quilowatt-hora

Você paga pela energia, não pela potência. Energia é potência multiplicada pelo tempo, E = P t. Um joule é pequeno demais para o consumo doméstico, por isso os medidores de energia registram quilowatts-hora (kWh): a energia consumida por 1000 W funcionando durante uma hora. Um kWh corresponde a 1000 W × 3600 s = 3.6 × 10⁶ J. Para estimar o custo de um aparelho, converta sua potência para quilowatts, multiplique pelas horas de uso para obter kWh e depois pelo preço do kWh na conta de luz. Um aquecedor de 2000 W usado por meia hora consome 2 × 0.5 = 1 kWh. Uma lâmpada LED de 10 W acesa 5 horas por dia durante 30 dias consome 10 × 5 × 30 = 1500 Wh, ou 1.5 kWh.

A OpenStax apresenta uma comparação. A 12 centavos por kWh, uma lâmpada incandescente de 60 W que custa 25 centavos e dura 1000 horas consome 60 kWh, ou $7.20 de eletricidade, totalizando $7.45. Uma lâmpada fluorescente compacta produz a mesma luz com um quarto da potência, 15 W; sua eletricidade nas mesmas 1000 horas custa $1.80. Ela custa $1.50, mas dura 10 000 horas, então apenas um décimo do preço, 15 centavos, corresponde a essas 1000 horas. Seu total é $1.95. Lâmpadas LED consomem ainda menos. O preço do kWh varia conforme o país, a distribuidora e, muitas vezes, o consumo mensal. Por isso, use o preço da sua própria conta.