Corrente e Potência elétrica: o que cai no ENEM e nos vestibulares

Resumo rápido

Corrente elétrica é o movimento ordenado de cargas elétricas, e potência elétrica é a rapidez com que a energia elétrica é transformada em outra forma de energia, como luz, calor ou movimento. Esses dois conceitos explicam a conta de luz da sua casa, o motivo de o chuveiro ser o vilão do consumo e por que um fio fino esquenta quando passa muita corrente. É um tema 🔥 Quente no ENEM e nos vestibulares, porque junta Física com matemática do dia a dia: potência, tempo, energia e custo em reais.

Nos metais, quem se move de verdade são os elétrons livres, que vão do polo negativo para o polo positivo do gerador. Por convenção histórica, porém, o sentido da corrente é o sentido das cargas positivas, ou seja, do polo positivo para o negativo — o chamado sentido convencional. As provas cobram essa distinção, então guarde: elétrons andam em um sentido, a corrente convencional aponta para o outro. A unidade de corrente é o ampère, símbolo \( \text{A} \), e a de potência é o watt, símbolo \( \text{W} \).

Corrente elétrica: definição e cálculo

A intensidade da corrente elétrica é a quantidade de carga que atravessa uma seção do condutor por unidade de tempo:

\[ i = \frac{\Delta Q}{\Delta t} \]

Em que \( i \) é a corrente, \( \Delta Q \) é a carga que atravessa a seção e \( \Delta t \) é o intervalo de tempo. Se uma carga de 40 coulombs atravessa um fio em 10 segundos, a corrente é de 4 ampères. No gráfico de corrente em função do tempo, a área sob a curva é a carga total que atravessou o condutor — um truque que aparece com frequência nas provas, inclusive quando a corrente varia com o tempo e a área é um triângulo ou um trapézio, e não um retângulo.

Há dois tipos de corrente. A corrente contínua, abreviada como CC, tem sentido e intensidade constantes, como a fornecida por pilhas e baterias. A corrente alternada, abreviada como CA, muda de sentido periodicamente, como a da tomada da sua casa, que no Brasil alterna 60 vezes por segundo, ou seja, tem frequência de 60 hertz. A corrente alternada é a usada na distribuição de energia em larga escala porque sua tensão pode ser facilmente elevada e reduzida por transformadores, o que diminui as perdas nos fios de transmissão.

Um conceito ligado à corrente é a resistência elétrica, que mede a dificuldade que um material oferece à passagem da corrente. Bons condutores, como o cobre, têm resistência baixa; isolantes, como a borracha, têm resistência altíssima. A resistência de um fio depende do material, do comprimento e da área da seção transversal, pela segunda lei de Ohm: \( R = \rho \cdot \frac{L}{A} \), em que \( \rho \) é a resistividade do material, \( L \) é o comprimento e \( A \) é a área. Um fio mais longo tem mais resistência, e um fio mais grosso tem menos resistência — por isso os fios do chuveiro são grossos: eles precisam aguentar correntes altas sem esquentar demais.

Potência elétrica e efeito Joule

A potência elétrica de um aparelho é dada por:

\[ P = U \cdot i \]

Em que \( U \) é a tensão aplicada e \( i \) é a corrente que atravessa o aparelho. Um chuveiro de 5500 W ligado em 220 V, por exemplo, é percorrido por uma corrente de \( i = \frac{5500}{220} = 25 \, \text{A} \), uma corrente alta — por isso ele precisa de fiação grossa e disjuntor próprio. Combinando essa fórmula com a primeira lei de Ohm, que você vai ver em detalhe na próxima matéria, chegamos a outras formas úteis: \( P = R \cdot i^2 \) e \( P = \frac{U^2}{R} \). A forma \( P = R \cdot i^2 \) mostra por que a corrente é tão perigosa para as perdas: dobrar a corrente quadruplica a potência dissipada em calor em um fio.

Esse aquecimento dos condutores pela passagem da corrente é o efeito Joule, e ele é ao mesmo tempo útil e indesejado. É útil no chuveiro, na torradeira e no ferro de passar, que foram feitos para transformar energia elétrica em calor. É indesejado nos fios de transmissão e nos aparelhos eletrônicos, onde o calor é perda de energia. A energia transformada em um intervalo de tempo é \( E = P \cdot \Delta t \). Na conta de luz, a energia é medida em quilowatt-hora: 1 kWh é a energia consumida por um aparelho de 1000 W ligado durante 1 hora. O custo é o consumo em kWh multiplicado pelo preço do kWh cobrado pela distribuidora.

Repare como o chuveiro domina o consumo: meia hora de chuveiro consome mais energia do que uma lâmpada LED ligada por dois dias inteiros. É por isso que as questões do ENEM sobre economia de energia quase sempre envolvem o chuveiro: reduzir o tempo de banho ou a potência do chuveiro é a medida de maior impacto na conta, muito mais do que apagar uma lâmpada.

Exemplos resolvidos passo a passo

Exemplo 1. Uma carga de 60 C atravessa um fio em 20 s. Qual é a corrente?
Passo 1: usar \( i = \frac{\Delta Q}{\Delta t} \).
Passo 2: \( i = \frac{60}{20} \).
Passo 3: \( i = 3 \, \text{A} \).

Exemplo 2. Um aparelho de 220 V é percorrido por uma corrente de 5 A. Qual é sua potência?
Passo 1: usar \( P = U \cdot i \).
Passo 2: \( P = 220 \cdot 5 \).
Passo 3: \( P = 1100 \, \text{W} \).

Exemplo 3. Um chuveiro de 4400 W fica ligado 20 minutos por dia. Qual é o consumo mensal, em 30 dias, e o custo, se o kWh custa R$ 0,90?
Passo 1: consumo diário: \( E = 4400 \, \text{W} \cdot \frac{1}{3} \, \text{h} \approx 1467 \, \text{Wh} = 1,467 \, \text{kWh} \).
Passo 2: consumo mensal: \( 1,467 \cdot 30 \approx 44 \, \text{kWh} \).
Passo 3: custo: \( 44 \cdot 0,90 = \text{R\$ } 39,60 \).

Exemplo 4. Uma lâmpada de 60 W ligada em 120 V é percorrida por qual corrente? E qual é sua resistência?
Passo 1: corrente: \( i = \frac{P}{U} = \frac{60}{120} = 0,5 \, \text{A} \).
Passo 2: resistência: \( R = \frac{U}{i} = \frac{120}{0,5} = 240 \, \Omega \).
Passo 3: confira: \( P = \frac{U^2}{R} = \frac{14400}{240} = 60 \, \text{W} \), como esperado.

Mapa mental

• Corrente e potência elétrica
  • Corrente: \( i = \frac{\Delta Q}{\Delta t} \), unidade ampère (A)
  • Elétrons se movem do negativo para o positivo; corrente convencional, ao contrário
  • Corrente contínua: sentido constante; alternada: muda de sentido, 60 Hz no Brasil
  • Resistência: \( R = \rho \cdot \frac{L}{A} \); fio longo e fino tem mais resistência
  • Potência: \( P = U \cdot i = R \cdot i^2 = \frac{U^2}{R} \)
  • Efeito Joule: corrente aquece o condutor
  • Energia: \( E = P \cdot \Delta t \); conta de luz em kWh
  • No gráfico \( i \times t \), a área é a carga total
  • Chuveiro: potência alta, corrente alta, maior peso na conta

SAQ — Perguntas e respostas curtas

1. O que é corrente elétrica?
É o movimento ordenado de cargas elétricas em um condutor.

2. Qual é o sentido convencional da corrente?
Do polo positivo para o polo negativo, contrário ao movimento dos elétrons.

3. Como se calcula a corrente?
Por \( i = \frac{\Delta Q}{\Delta t} \).

4. O que é potência elétrica?
É a energia elétrica transformada por unidade de tempo, medida em watts.

5. Qual é a fórmula da potência em função da tensão e da corrente?
\( P = U \cdot i \).

6. O que é o efeito Joule?
É o aquecimento de um condutor pela passagem da corrente elétrica.

7. O que é 1 kWh?
É a energia consumida por um aparelho de 1000 W ligado durante 1 hora.

8. Por que os fios do chuveiro são grossos?
Porque o chuveiro usa corrente alta, e fios grossos têm menos resistência e esquentam menos.

Questões comentadas

As questões abaixo são inéditas, no estilo ENEM, criadas para esta matéria. Para mais treino, visite a sala de estudo.

Questão 1. Uma carga de 120 C atravessa a seção de um fio em 40 s. A corrente é de:
a) 0,33 A.
b) 3 A.
c) 30 A.
d) 80 A.
e) 4800 A.
Gabarito: B. \( i = \frac{120}{40} = 3 \, \text{A} \).

Questão 2. Um aparelho ligado em 220 V consome 2200 W. A corrente que o atravessa é de:
a) 0,1 A.
b) 1 A.
c) 10 A.
d) 100 A.
e) 220 A.
Gabarito: C. \( i = \frac{P}{U} = \frac{2200}{220} = 10 \, \text{A} \).

Questão 3. Um chuveiro de 6000 W fica ligado 15 minutos por dia. Seu consumo diário é de:
a) 0,25 kWh.
b) 1,5 kWh.
c) 6 kWh.
d) 15 kWh.
e) 90 kWh.
Gabarito: B. 15 minutos são 0,25 hora; \( E = 6000 \cdot 0,25 = 1500 \, \text{Wh} = 1,5 \, \text{kWh} \).

Questão 4. Se a corrente que atravessa um resistor dobra, a potência dissipada por efeito Joule fica multiplicada por:
a) 2.
b) 4.
c) 8.
d) 0,5.
e) 0,25.
Gabarito: B. Como \( P = R \cdot i^2 \), dobrar a corrente quadruplica a potência.

Questão 5. Uma família quer reduzir a conta de luz. A medida de maior impacto, entre as listadas, é:
a) trocar uma lâmpada de 60 W por uma LED de 10 W.
b) reduzir o tempo de banho no chuveiro elétrico.
c) desligar o roteador à noite.
d) usar o celular com brilho menor.
e) desligar a televisão em espera.
Gabarito: B. O chuveiro tem potência muito maior que os outros aparelhos, então reduzir seu tempo de uso tem o maior efeito na conta.

Questão 6. No gráfico de corrente em função do tempo, a área sob a curva entre dois instantes representa:
a) a potência.
b) a tensão.
c) a resistência.
d) a carga elétrica que atravessou o condutor.
e) a energia consumida.
Gabarito: D. Como \( i = \frac{\Delta Q}{\Delta t} \), a carga é a área sob a curva de corrente em função do tempo.

Dica do professor

Em questões de conta de luz, converta sempre os minutos para horas antes de multiplicar pela potência em watts, e só no final passe para kWh dividindo por 1000. A pressa de multiplicar watts por minutos é a maior fonte de erro desse tema.

Atenção / cuidado

• Não confunda o sentido real dos elétrons com o sentido convencional da corrente.
• Não multiplique potência em watts por tempo em minutos sem converter para horas.
• Potência é energia por tempo; energia é potência vezes tempo — não troque as duas.
• Em \( P = R \cdot i^2 \), a potência cresce com o quadrado da corrente, não de forma proporcional.

Conexão com outras áreas

Matemática: proporcionalidade, gráficos e cálculo de custo. Geografia e energia: matriz elétrica brasileira e distribuição de energia. Biologia: consumo de energia e hábitos sustentáveis. Tecnologia: eficiência de aparelhos e etiquetas de consumo. Veja também carboidratos para comparar energia química e elétrica no dia a dia.

Para continuar estudando, revise os conteúdos de ENEM e de vestibular e explore a Física na sala de estudo.

Incidência: 🔥 Quente — cai no ENEM e nos vestibulares. Matéria: Física 3 | Subdisciplina: Eletrodinâmica | Tema: Corrente e Potência elétrica.