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

Resumo rápido

Toda vez que você acende uma lâmpada, carrega o celular ou liga o chuveiro, uma quantidade enorme de elétrons está se movendo de forma organizada dentro de um fio. Esse movimento ordenado de cargas elétricas é a corrente elétrica, um dos temas mais cobrados da Eletrodinâmica no ENEM e nos vestibulares, com incidência 🔥 Quente. E quando essa corrente atravessa um aparelho, ela entrega energia: a rapidez com que essa energia é entregue é a potência elétrica, a grandeza que aparece na etiqueta de todo aparelho, na conta de luz e em quase todas as questões de eletricidade das provas.

A ideia central desta matéria é simples, e vale guardar: corrente elétrica mede quantas cargas passam por um ponto do fio a cada segundo; tensão elétrica mede quanta energia cada carga carrega; resistência mede a dificuldade que o material oferece à passagem da corrente; potência mede quanta energia é transformada a cada segundo. Se você dominar essas quatro grandezas e as três fórmulas que as ligam — a definição de corrente, a primeira lei de Ohm e a fórmula da potência —, você resolve a imensa maioria das questões do tema, inclusive as que vêm disfarçadas de conta de luz, de chuveiro ou de lâmpada.

Para chegar lá, vamos começar do começo: o que é corrente elétrica, qual é o seu sentido real e o seu sentido convencional, e por que essa diferença existe. Depois, vamos aprender a calcular a intensidade da corrente a partir da carga e do tempo, e a ler o gráfico de corrente em função do tempo, em que a área sob a curva é a carga que atravessou o fio. Em seguida, vamos rever tensão e resistência e a primeira lei de Ohm, que é a ponte entre elas. A segunda metade da matéria é dedicada à potência elétrica: suas fórmulas, o efeito Joule, o cálculo da energia consumida em quilowatt-hora e a leitura da conta de luz, com exemplos numéricos passo a passo. Por fim, você encontra o mapa mental, as perguntas de autoavaliação (SAQ), seis questões comentadas originais no estilo ENEM, a dica do professor, os cuidados para não cair em pegadinha e as conexões com outras áreas.

Um aviso importante antes de começar: neste tema, a maior parte dos erros não vem de fórmulas difíceis, e sim de unidades e de confusões de conceito. Corrente se mede em ampère (A), carga em coulomb (C), tempo em segundo (s), tensão em volt (V), resistência em ohm (Ω), potência em watt (W) e energia em joule (J) ou em quilowatt-hora (kWh). Manter as unidades certas, converter minutos para segundos e quilowatts para watts quando for preciso, e lembrar que potência não é energia, são atitudes que valem mais pontos do que decorar fórmulas. Ao longo do texto, cada fórmula vem acompanhada de um exemplo numérico, para você ver exatamente onde cada número entra.

O que é corrente elétrica

Nos metais, que são os materiais dos fios, existem elétrons livres, isto é, elétrons que não estão presos a um átomo específico e podem se mover pelo material. Sem nenhuma tensão aplicada, esses elétrons se movem de forma desordenada, em todas as direções, como pessoas andando sem rumo em uma praça cheia. Nesse movimento desordenado, não há corrente elétrica, porque, em média, tantos elétrons vão para um lado quanto para o outro, e nenhuma carga líquida atravessa uma seção do fio.

Quando ligamos o fio a uma bateria ou à tomada, surge um campo elétrico dentro do condutor, que empurra os elétrons sempre no mesmo sentido. O movimento passa a ter uma direção preferencial, ainda que os elétrons continuem se chocando com os átomos do metal no caminho. Esse movimento ordenado de cargas elétricas é a corrente elétrica. Em outras palavras: corrente elétrica é o fluxo ordenado de portadores de carga através de um condutor. Nos fios metálicos, os portadores são os elétrons; em soluções e em gases ionizados, podem ser íons positivos e negativos.

Para que exista corrente, é preciso um circuito fechado e uma fonte de tensão, como uma bateria ou a rede elétrica. Se o circuito estiver aberto, por exemplo, com o interruptor desligado, os elétrons não têm caminho contínuo para circular, e a corrente é zero. É por isso que o interruptor apaga a lâmpada: ele abre o circuito e interrompe o fluxo. Já um curto-circuito é o extremo oposto: um caminho de resistência quase zero, por onde passa uma corrente muito intensa, capaz de aquecer os fios e provocar incêndio — daí a importância dos disjuntores e fusíveis, que interrompem a corrente quando ela passa do limite seguro.

Vale lembrar a base deste tema, que é a própria carga elétrica: os elétrons têm carga negativa, e a carga de um elétron vale, em módulo, \( 1,6 \times 10^{-19} \, \text{C} \). Uma corrente de 1 ampère corresponde à passagem de cerca de \( 6,25 \times 10^{18} \) elétrons por segundo por uma seção do fio. São números enormes, e é por isso que usamos o coulomb e o ampère, e não a contagem de elétrons, no dia a dia. Para revisar como os corpos ganham ou perdem carga, veja a matéria sobre processos de eletrização, e para a força entre cargas, a matéria sobre força elétrica e lei de Coulomb.

Sentido real e sentido convencional da corrente

Aqui está uma das pegadinhas clássicas das provas, e ela tem uma explicação histórica. Quando os primeiros estudos sobre eletricidade foram feitos, ainda não se sabia que os portadores de carga nos metais são os elétrons, que são negativos. Por convenção, adotou-se que a corrente elétrica flui do polo positivo para o polo negativo do gerador, isto é, no sentido em que cargas positivas se moveriam. Esse é o sentido convencional da corrente, e é o sentido usado em todas as fórmulas, diagramas e questões de vestibular, salvo aviso em contrário.

Depois, descobriu-se que, nos fios metálicos, quem realmente se move são os elétrons, que são negativos e, por isso, movem-se do polo negativo para o polo positivo, ou seja, no sentido oposto ao convencional. Esse é o sentido real da corrente. A regra para a prova é direta: sentido real e sentido convencional são opostos nos condutores metálicos, e, a menos que a questão pergunte explicitamente pelo sentido real, você deve trabalhar com o sentido convencional, desenhando as setas de corrente do positivo para o negativo.

Por que isso não bagunça os cálculos? Porque todas as leis da Eletrodinâmica foram escritas usando o sentido convencional, de forma consistente. A intensidade da corrente, a tensão, a resistência e a potência têm os mesmos valores, qualquer que seja o sentido que você imagine para os portadores. O que muda é apenas a interpretação microscópica: quando a questão fala em “elétrons”, lembre-se de que eles vão do negativo para o positivo; quando ela fala em “corrente”, sem especificar, o sentido é o convencional, do positivo para o negativo. Guardar essa distinção em uma frase — “elétrons vão do menos para o mais; corrente convencional vai do mais para o menos” — resolve muitas questões de múltipla escolha.

Intensidade da corrente elétrica: carga, tempo e o gráfico i × t

A intensidade da corrente elétrica, representada pela letra \( i \), mede a quantidade de carga \( \Delta Q \) que atravessa uma seção transversal do condutor em um intervalo de tempo \( \Delta t \):

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

A unidade de corrente no Sistema Internacional é o ampère (A), que equivale a um coulomb por segundo: \( 1 \, \text{A} = 1 \, \text{C/s} \). Se uma carga de 20 C atravessa a seção de um fio em 10 s, a corrente é \( i = \frac{20}{10} = 2 \, \text{A} \). Se a mesma carga atravessar em 5 s, a corrente dobra, para 4 A, porque as cargas passam mais depressa. Note que a fórmula vale para a corrente média no intervalo; quando a corrente é constante, a corrente média e a corrente instantânea são iguais, e é esse o caso mais comum nas questões.

Da definição, tiramos também a carga em função da corrente e do tempo: \( \Delta Q = i \cdot \Delta t \). Essa forma é muito útil quando a questão dá a corrente e o tempo e pede a carga, ou dá a carga e a corrente e pede o tempo. Atenção às unidades: se a corrente está em ampères e o tempo em segundos, a carga sai em coulombs. Se o tempo vier em minutos, converta antes: 1 minuto tem 60 segundos, e esquecer essa conversão é um dos erros mais frequentes do tema. Um exemplo: uma corrente de 3 A durante 2 minutos transporta uma carga de \( \Delta Q = 3 \times 120 = 360 \, \text{C} \), e não \( 3 \times 2 = 6 \, \text{C} \).

Quando a corrente varia com o tempo, o gráfico de \( i \) em função de \( t \) conta toda a história. A carga total que atravessou o fio em um intervalo é numericamente igual à área sob a curva do gráfico nesse intervalo. No caso mais simples, de corrente constante, o gráfico é uma reta horizontal, e a área é a área de um retângulo: base vezes altura, isto é, \( \Delta t \times i \), que é exatamente \( \Delta Q = i \cdot \Delta t \). É o caso da primeira figura interna desta matéria: uma corrente constante de 2 A, de 0 a 10 s, forma um retângulo de área \( 2 \times 10 = 20 \, \text{C} \). Se o gráfico for um triângulo, a área é metade da base vezes a altura; se for um trapézio, some as áreas das partes. Essa leitura de área é cobrada com frequência no ENEM, muitas vezes sem que a questão mencione a palavra “área”: ela apenas mostra o gráfico e pergunta pela carga.

Um exemplo com número de elétrons, que também aparece nas provas: quantos elétrons atravessam a seção de um fio quando uma corrente de 2 A circula durante 1 s? A carga é \( \Delta Q = 2 \times 1 = 2 \, \text{C} \), e o número de elétrons é \( n = \frac{\Delta Q}{e} = \frac{2}{1,6 \times 10^{-19}} = 1,25 \times 10^{19} \) elétrons. Não se assuste com o expoente: é normal, porque a carga de um único elétron é minúscula. O importante é montar a conta com as unidades certas e fazer a divisão de potências de dez com calma.

Tensão, resistência e a primeira lei de Ohm

A tensão elétrica, também chamada de diferença de potencial (ddp) e representada por \( U \), é a energia que cada unidade de carga recebe do gerador, ou entrega ao atravessar um aparelho. Sua unidade é o volt (V), e \( 1 \, \text{V} = 1 \, \text{J/C} \): uma tensão de 12 V significa que cada coulomb de carga carrega 12 joules de energia ao sair da bateria. É por isso que a tensão da tomada (127 V ou 220 V, conforme a região) é muito maior que a de uma pilha (1,5 V): cada carga da rede carrega muito mais energia.

A resistência elétrica, representada por \( R \) e medida em ohm (Ω), mede a oposição que um material oferece à passagem da corrente. Nos metais, os elétrons livres se chocam com os átomos da rede cristalina, e esses choques dificultam o fluxo: quanto mais choques, maior a resistência. Fios grossos e curtos têm resistência menor; fios finos e longos têm resistência maior. A resistência também depende do material — cobre conduz melhor que ferro — e da temperatura: na maioria dos metais, aquecer o fio aumenta a resistência, porque os átomos vibram mais e os choques ficam mais frequentes.

A relação entre tensão, corrente e resistência é a primeira lei de Ohm:

\[ U = R \cdot i \]

Ou, nas formas equivalentes, \( i = \frac{U}{R} \) e \( R = \frac{U}{i} \). A lei diz que, para um resistor ôhmico, isto é, um resistor cuja resistência não muda com a tensão, a corrente é diretamente proporcional à tensão: dobrando a tensão, dobra a corrente. O exemplo da segunda figura interna desta matéria é exatamente esse: uma bateria de 12 V ligada a um resistor de 6 Ω produz uma corrente de \( i = \frac{12}{6} = 2 \, \text{A} \). Se a tensão dobrasse para 24 V, com o mesmo resistor, a corrente dobraria para 4 A. Se a resistência dobrasse para 12 Ω, com a mesma tensão, a corrente cairia para 1 A.

Para entender o que cada grandeza faz no circuito, vale a analogia com a água, que as provas adoram: a tensão é como a pressão da água, a corrente é como a vazão, a quantidade de água que passa por segundo, e a resistência é como um estreitamento do cano. Aumentar a pressão aumenta a vazão; apertar o cano diminui a vazão. A analogia ajuda a prever o comportamento do circuito sem fazer contas, e é um ótimo teste de coerência: se o seu resultado disser que aumentar a resistência aumentou a corrente, algo está errado, porque apertar o cano não pode aumentar a vazão. Para aprofundar a ideia de tensão e energia por carga, veja a matéria sobre potencial elétrico, trabalho e energia.

Potência elétrica: quanta energia por segundo

A potência elétrica, representada por \( P \) e medida em watt (W), é a rapidez com que a energia elétrica é transformada em outra forma de energia — luz, calor, movimento ou som — em um aparelho. Sua definição é direta: potência é energia dividida pelo tempo, \( P = \frac{E}{\Delta t} \). Um aparelho de 100 W transforma 100 joules de energia elétrica a cada segundo; um aparelho de 1000 W, ou 1 kW, transforma 1000 joules por segundo. Por isso, o chuveiro, que precisa aquecer água depressa, tem potência alta, em torno de 5500 W, enquanto uma lâmpada de LED, que só precisa produzir luz, trabalha com 9 W ou 12 W.

No circuito, a potência pode ser calculada a partir da tensão e da corrente:

\[ P = U \cdot i \]

Essa fórmula faz sentido com a definição de tensão: se cada coulomb carrega \( U \) joules, e passam \( i \) coulombs por segundo, então a energia entregue por segundo é \( U \times i \). Combinando com a primeira lei de Ohm, chegamos às outras duas formas, muito usadas nas provas:

\[ P = R \cdot i^2 \qquad \text{e} \qquad P = \frac{U^2}{R} \]

A escolha da forma certa depende do que a questão dá e do que ela mantém constante, e essa escolha é uma das habilidades mais cobradas do tema. Se dois aparelhos estão ligados à mesma tensão, como os aparelhos de uma casa, que recebem todos 127 V ou 220 V, use \( P = \frac{U^2}{R} \): com tensão fixa, a potência é inversamente proporcional à resistência, ou seja, o aparelho de menor resistência tem maior potência. É por isso que o chuveiro, que tem resistência baixa, esquenta tanto, e a lâmpada de LED, de resistência alta, consome tão pouco. Se, ao contrário, a corrente é a mesma nos dois aparelhos, como em uma ligação em série, use \( P = R \cdot i^2 \): com corrente fixa, a potência é diretamente proporcional à resistência, e o resistor maior dissipa mais potência.

Um erro clássico é aplicar a fórmula errada ao caso errado. Exemplo: duas lâmpadas, uma de 60 W e outra de 100 W, ambas feitas para 127 V, são ligadas em série a 127 V. Qual brilha mais? A intuição diz que é a de 100 W, mas está errada. Como as lâmpadas foram feitas para a mesma tensão, a de maior potência tem menor resistência, pela fórmula \( R = \frac{U^2}{P} \): a de 100 W tem resistência menor que a de 60 W. Em série, a corrente é a mesma nas duas, e pela fórmula \( P = R \cdot i^2 \), quem tem maior resistência dissipa mais potência — portanto, a lâmpada de 60 W brilha mais na ligação em série, e a de 100 W brilha menos. Em paralelo, cada uma recebe os 127 V, e aí sim a de 100 W brilha mais, como o esperado. Esse exemplo aparece, com variações, em muitas provas, e entender o raciocínio vale mais do que decorar a resposta.

Outro ponto essencial: a potência nominal de um aparelho, aquela escrita na etiqueta, só vale na tensão nominal, aquela para a qual ele foi projetado. Uma lâmpada de 100 W e 127 V, ligada em 220 V, não vai simplesmente brilhar mais: sua potência vai para \( P = \frac{220^2}{R} \), e como \( R = \frac{127^2}{100} \approx 161 \, \Omega \), a potência nova é \( \frac{48400}{161} \approx 300 \, \text{W} \), três vezes a nominal — na prática, o filamento queima. Por isso, ligar aparelho de 127 V em tomada de 220 V é perigoso, e as questões adoram pedir esse cálculo. No sentido inverso, um aparelho de 220 V ligado em 127 V funciona com potência menor que a nominal, e esquenta ou ilumina menos.

Efeito Joule: quando a corrente vira calor

Ao atravessar um resistor, os elétrons se chocam com os átomos do material e transferem parte de sua energia a eles, que passam a vibrar mais intensamente. Essa vibração maior é, microscopicamente, o aumento da temperatura: a energia elétrica se transforma em energia térmica. Esse fenômeno é o efeito Joule, e é ele que faz funcionar o chuveiro, a torradeira, o ferro de passar e o forno elétrico, todos aparelhos em que o objetivo é justamente produzir calor.

A potência dissipada por efeito Joule em um resistor é \( P = R \cdot i^2 \), e a energia térmica liberada em um intervalo de tempo é \( E = P \cdot \Delta t = R \cdot i^2 \cdot \Delta t \). Note a dependência com o quadrado da corrente: dobrar a corrente quadruplica o calor gerado, e é por isso que uma sobrecarga, com corrente acima do projetado, aquece os fios tão depressa. Nos aparelhos em que o calor não é o objetivo, como o computador ou o celular, o efeito Joule é uma perda: parte da energia vira calor em vez de virar trabalho útil, e é por isso que esses aparelhos esquentam e precisam de ventilação.

Um exemplo numérico completo: um resistor de 6 Ω é atravessado por uma corrente de 2 A, como no circuito da segunda figura desta matéria. A potência dissipada é \( P = 6 \times 2^2 = 24 \, \text{W} \). Em 10 s, a energia transformada em calor é \( E = 24 \times 10 = 240 \, \text{J} \). Se a corrente dobrasse para 4 A, a potência iria para \( 6 \times 16 = 96 \, \text{W} \), quatro vezes maior, e a energia em 10 s seria 960 J. Esse raciocínio — “dobrou a corrente, quadruplicou a potência” — é uma das proporcionalidades mais pedidas nas questões, junto com “dobrou a tensão, quadruplicou a potência”, que vem de \( P = \frac{U^2}{R} \).

Energia elétrica consumida e a conta de luz

Potência e energia são grandezas diferentes, e confundi-las é a pegadinha mais comum da conta de luz. Potência é a rapidez, medida em watt; energia é a quantidade total, medida em joule ou em quilowatt-hora. A relação é \( E = P \cdot \Delta t \). Um chuveiro de 5500 W ligado por 10 minutos consome \( E = 5500 \times 600 = 3.300.000 \, \text{J} \), mas a conta de luz não usa joules: ela usa o quilowatt-hora (kWh), que é a energia consumida por um aparelho de 1 kW ligado durante 1 hora.

Para calcular em kWh, use a potência em quilowatts e o tempo em horas: \( E \, (\text{kWh}) = P \, (\text{kW}) \times \Delta t \, (\text{h}) \). O chuveiro de 5500 W tem 5,5 kW; ligado 10 minutos por dia, que são \( \frac{10}{60} \approx 0,167 \, \text{h} \) por dia, durante 30 dias, ele fica ligado \( 0,167 \times 30 = 5 \, \text{h} \) no mês, e consome \( 5,5 \times 5 = 27,5 \, \text{kWh} \) no mês. Se cada kWh custa R$ 0,80, o chuveiro custa \( 27,5 \times 0,80 = \text{R\$} \, 22,00 \) por mês. Esse é o formato exato das questões de conta de luz do ENEM: potência do aparelho, tempo de uso por dia, número de dias no mês, preço do kWh, e a pergunta pelo custo mensal.

O passo a passo seguro para essas questões é: primeiro, converta a potência para kW, dividindo por 1000; segundo, calcule o tempo total de uso no mês em horas, multiplicando o tempo por dia pelo número de dias; terceiro, multiplique potência em kW pelo tempo em horas, para achar a energia em kWh; quarto, multiplique pelo preço do kWh, para achar o custo. Se a questão pedir o consumo de vários aparelhos, calcule cada um separadamente e some no final. E atenção: o tempo precisa estar em horas, não em minutos — 30 minutos são 0,5 h, 15 minutos são 0,25 h, e 10 minutos são aproximadamente 0,167 h. Muitas questões escolhem tempos “redondos”, como 30 minutos ou 2 horas, justamente para facilitar essa conversão.

A tabela mostra por que o chuveiro domina a conta de luz: mesmo com o mesmo tempo de uso, ele consome mais de dez vezes a energia de uma televisão, porque sua potência é muito maior. Na vida real, a geladeira fica ligada o dia todo, mas seu compressor liga e desliga, de modo que o consumo real é menor que o da tabela, que supõe 1 hora por dia; já o chuveiro, mesmo usado poucos minutos por dia, pesa muito, porque 5500 W é uma potência enorme. Essa leitura — “potência alta vezes pouco tempo pode superar potência baixa vezes muito tempo” — é o coração das questões de economia de energia: para economizar, vale mais reduzir o tempo do chuveiro do que apagar uma lâmpada LED por alguns minutos.

Corrente e potência em circuitos de casa: série e paralelo

Na instalação elétrica de uma casa, os aparelhos são ligados em paralelo, todos recebendo a mesma tensão da rede, e funcionando de forma independente: apagar a lâmpada da sala não apaga a televisão do quarto. A corrente total que sai do quadro de luz é a soma das correntes de cada aparelho, e é por isso que ligar muitos aparelhos potentes ao mesmo tempo pode ultrapassar a corrente limite do disjuntor, que desarma para proteger a fiação. Se o disjuntor é de 20 A e a rede é de 127 V, a potência máxima que ele suporta é \( P = 127 \times 20 = 2540 \, \text{W} \): um chuveiro de 5500 W, sozinho, já ultrapassa esse valor, e por isso o chuveiro tem um circuito próprio, com disjuntor e fios mais grossos.

Em série, a situação se inverte: a corrente é a mesma em todos os aparelhos, e a tensão se divide entre eles. É o que acontecia nas luzes de Natal antigas, em que as lâmpadas eram ligadas uma depois da outra, e uma lâmpada queimada apagava todas. Por isso, a ligação em série quase não é usada nas residências, mas aparece muito nas questões, justamente para testar se você sabe o que é igual e o que se divide em cada caso. A regra de ouro é: em série, corrente igual e tensão dividida; em paralelo, tensão igual e corrente dividida. E, para a potência: em série, com corrente igual, dissipa mais quem tem maior resistência, por \( P = R \cdot i^2 \); em paralelo, com tensão igual, dissipa mais quem tem menor resistência, por \( P = \frac{U^2}{R} \).

Exemplos resolvidos passo a passo

Exemplo 1. Uma carga de 60 C atravessa a seção de um fio em 30 s. Qual é a intensidade da corrente?
Passo 1: use \( i = \frac{\Delta Q}{\Delta t} \).
Passo 2: substitua: \( i = \frac{60}{30} = 2 \, \text{A} \).
Passo 3: resposta: 2 A.

Exemplo 2. Um resistor de 6 Ω está ligado a uma bateria de 12 V. Qual é a corrente e qual é a potência dissipada?
Passo 1: pela lei de Ohm, \( i = \frac{U}{R} = \frac{12}{6} = 2 \, \text{A} \).
Passo 2: pela potência, \( P = U \cdot i = 12 \times 2 = 24 \, \text{W} \).
Passo 3: confira por \( P = R \cdot i^2 = 6 \times 4 = 24 \, \text{W} \). Resposta: 2 A e 24 W.

Exemplo 3. Uma lâmpada de 60 W, feita para 120 V, é ligada em 120 V. Qual é a sua resistência e a corrente que a atravessa?
Passo 1: resistência: \( R = \frac{U^2}{P} = \frac{120^2}{60} = \frac{14400}{60} = 240 \, \Omega \).
Passo 2: corrente: \( i = \frac{P}{U} = \frac{60}{120} = 0,5 \, \text{A} \).
Passo 3: confira: \( U = R \cdot i = 240 \times 0,5 = 120 \, \text{V} \). Resposta: 240 Ω e 0,5 A.

Exemplo 4. Um chuveiro de 4400 W é usado 30 minutos por dia, durante 30 dias. O preço do kWh é R$ 0,90. Qual é o custo mensal do chuveiro?
Passo 1: potência em kW: \( 4400 \, \text{W} = 4,4 \, \text{kW} \).
Passo 2: tempo no mês: 0,5 h por dia vezes 30 dias = 15 h.
Passo 3: energia: \( 4,4 \times 15 = 66 \, \text{kWh} \).
Passo 4: custo: \( 66 \times 0,90 = \text{R\$} \, 59,40 \). Resposta: R$ 59,40.

Exemplo 5. Um gráfico de corrente em função do tempo mostra uma corrente constante de 2 A entre 0 e 10 s. Qual é a carga que atravessou o fio?
Passo 1: a carga é a área sob a curva, que é um retângulo.
Passo 2: área = base vezes altura = \( 10 \times 2 = 20 \, \text{C} \).
Passo 3: resposta: 20 C.

Exemplo 6. Dois resistores iguais, de 10 Ω cada, são ligados em paralelo a uma bateria de 20 V. Qual é a potência total dissipada?
Passo 1: cada resistor recebe 20 V, pois estão em paralelo.
Passo 2: potência em cada um: \( P = \frac{U^2}{R} = \frac{400}{10} = 40 \, \text{W} \).
Passo 3: potência total: \( 40 + 40 = 80 \, \text{W} \). Resposta: 80 W.

Mapa mental

• Corrente elétrica
  • Definição: movimento ordenado de cargas elétricas em um condutor
  • Fórmula: \( i = \frac{\Delta Q}{\Delta t} \) — unidade: ampère (A)
  • Sentido convencional: do polo positivo para o negativo
  • Sentido real (elétrons): do polo negativo para o positivo
  • Gráfico i × t: a área sob a curva é a carga \( \Delta Q \)
• Tensão e resistência
  • Tensão \( U \): energia por carga — unidade: volt (V)
  • Resistência \( R \): oposição à corrente — unidade: ohm (Ω)
  • Primeira lei de Ohm: \( U = R \cdot i \)
• Potência elétrica
  • Definição: energia por segundo — unidade: watt (W)
  • Fórmulas: \( P = U \cdot i \), \( P = R \cdot i^2 \), \( P = \frac{U^2}{R} \)
  • Efeito Joule: corrente vira calor no resistor
  • Mesma tensão: use \( P = \frac{U^2}{R} \) — menor resistência, maior potência
  • Mesma corrente: use \( P = R \cdot i^2 \) — maior resistência, maior potência
• Energia e conta de luz
  • \( E = P \cdot \Delta t \) — em kWh: potência em kW vezes tempo em horas
  • Custo = energia em kWh vezes preço do kWh
  • Chuveiro: potência alta, pouco tempo, grande peso na conta
• Circuitos
  • Em série: corrente igual, tensão dividida
  • Em paralelo: tensão igual, corrente dividida — é a ligação das casas

SAQ — Perguntas de autoavaliação

1. O que é corrente elétrica, e por que o movimento desordenado dos elétrons, sem tensão aplicada, não constitui corrente?
Resposta: Corrente elétrica é o movimento ordenado de cargas elétricas em um condutor. Sem tensão, os elétrons se movem em todas as direções, e nenhuma carga líquida atravessa uma seção do fio, de modo que a corrente é zero.

2. Qual é a diferença entre o sentido real e o sentido convencional da corrente, e qual deles as questões usam por padrão?
Resposta: O sentido real é o dos elétrons, do polo negativo para o positivo; o sentido convencional é o oposto, do positivo para o negativo. As questões usam o sentido convencional, salvo aviso em contrário.

3. Uma carga de 30 C atravessa um fio em 15 s. Qual é a corrente? E se o tempo cair para 5 s, o que acontece com a corrente?
Resposta: \( i = \frac{30}{15} = 2 \, \text{A} \). Com 5 s, \( i = \frac{30}{5} = 6 \, \text{A} \): a corrente triplica, porque a mesma carga passa em um terço do tempo.

4. O que representa a área sob a curva de um gráfico de corrente em função do tempo? Dê um exemplo numérico.
Resposta: A área é a carga elétrica que atravessou o fio no intervalo. Uma corrente constante de 2 A durante 10 s forma um retângulo de área \( 2 \times 10 = 20 \, \text{C} \).

5. Por que dobrar a tensão, com a mesma resistência, quadruplica a potência, e não apenas a dobra?
Resposta: Porque \( P = \frac{U^2}{R} \): a potência depende do quadrado da tensão. Dobrar \( U \) multiplica \( U^2 \) por 4, e, portanto, a potência por 4.

6. Duas lâmpadas feitas para a mesma tensão, uma de 60 W e outra de 100 W, são ligadas em série. Qual brilha mais, e por quê?
Resposta: A de 60 W brilha mais. Para a mesma tensão nominal, a de maior potência tem menor resistência; em série, a corrente é igual, e pela fórmula \( P = R \cdot i^2 \), quem tem maior resistência dissipa mais potência.

7. Qual é a diferença entre potência e energia, e por que a conta de luz cobra energia, e não potência?
Resposta: Potência é a rapidez da transformação de energia, em watts; energia é a quantidade total transformada, em joules ou kWh. A conta cobra a quantidade total consumida no mês, que é a energia, não a rapidez instantânea.

8. Um chuveiro de 5500 W é usado 20 minutos por dia, durante 30 dias. Qual é o consumo mensal em kWh?
Resposta: Potência: 5,5 kW. Tempo no mês: \( \frac{20}{60} \times 30 = 10 \, \text{h} \). Energia: \( 5,5 \times 10 = 55 \, \text{kWh} \).

Questões comentadas

Questão 1. Em uma aula de laboratório, um estudante mede que uma carga de 48 C atravessa a seção de um fio em 16 s. A intensidade média da corrente elétrica nesse fio é de:
a) 1,5 A.
b) 3,0 A.
c) 4,0 A.
d) 6,0 A.
e) 12,0 A.
Gabarito: B. Pela definição, \( i = \frac{\Delta Q}{\Delta t} = \frac{48}{16} = 3,0 \, \text{A} \). A alternativa A confunde a conta, dividindo 48 por 32; as demais resultam de multiplicações indevidas.

Questão 2. O gráfico da corrente em função do tempo em um condutor mostra uma corrente constante de 4 A entre 0 e 5 s, e corrente nula depois disso. A carga total que atravessou o condutor nesses 5 s foi de:
a) 0,8 C.
b) 4 C.
c) 9 C.
d) 20 C.
e) 40 C.
Gabarito: D. A carga é a área sob a curva: um retângulo de base 5 s e altura 4 A, ou seja, \( 5 \times 4 = 20 \, \text{C} \). Quem divide 4 por 5 chega à alternativa A, que está errada.

Questão 3. Uma bateria de 12 V é ligada a um resistor de 6 Ω. A corrente que atravessa o resistor e a potência dissipada nele são, respectivamente:
a) 0,5 A e 6 W.
b) 2 A e 24 W.
c) 2 A e 72 W.
d) 6 A e 12 W.
e) 12 A e 144 W.
Gabarito: B. Pela lei de Ohm, \( i = \frac{12}{6} = 2 \, \text{A} \). A potência é \( P = U \cdot i = 12 \times 2 = 24 \, \text{W} \), que também pode ser conferida por \( P = R \cdot i^2 = 6 \times 4 = 24 \, \text{W} \).

Questão 4. Uma família usa um forno elétrico de 1500 W durante 2 horas por dia, todos os dias de um mês de 30 dias. Sabendo que o preço do quilowatt-hora é R$ 0,80, o custo mensal do forno é de:
a) R$ 36,00.
b) R$ 54,00.
c) R$ 72,00.
d) R$ 90,00.
e) R$ 120,00.
Gabarito: C. Potência: 1,5 kW. Tempo no mês: \( 2 \times 30 = 60 \, \text{h} \). Energia: \( 1,5 \times 60 = 90 \, \text{kWh} \). Custo: \( 90 \times 0,80 = \text{R\$} \, 72,00 \). Quem esquece de converter watts para quilowatts encontra valores dez vezes maiores ou menores.

Questão 5. Duas lâmpadas, L1 de 60 W e L2 de 100 W, ambas projetadas para 120 V, são ligadas em série a uma fonte de 120 V. Nessa ligação, é correto afirmar que:
a) L2 brilha mais, porque sua potência nominal é maior.
b) L1 brilha mais, porque sua resistência é maior e a corrente é a mesma nas duas.
c) As duas brilham com a potência nominal, pois a tensão se divide igualmente.
d) As duas brilham igualmente, porque estão em série.
e) Nenhuma acende, porque a tensão total é insuficiente.
Gabarito: B. Para a mesma tensão nominal, a lâmpada de maior potência tem menor resistência, pois \( R = \frac{U^2}{P} \). Em série, a corrente é igual nas duas, e por \( P = R \cdot i^2 \), a de maior resistência, L1, dissipa mais potência e brilha mais. A alternativa A é a pegadinha clássica do tema.

Questão 6. Um chuveiro elétrico de 5500 W, ligado a uma rede de 220 V, é substituído por outro, de mesma potência, ligado a uma rede de 127 V. Comparando as correntes nos dois chuveiros, é correto afirmar que a corrente no chuveiro de 127 V é:
a) menor, porque a tensão é menor.
b) igual, porque a potência é a mesma.
c) maior, porque, para a mesma potência, menor tensão exige maior corrente.
d) nula, porque o chuveiro não funciona em 127 V.
e) maior, porque a resistência do chuveiro de 127 V é maior.
Gabarito: C. Como \( P = U \cdot i \), para a mesma potência, a corrente é \( i = \frac{P}{U} \): quanto menor a tensão, maior a corrente. Em 220 V, \( i = \frac{5500}{220} = 25 \, \text{A} \); em 127 V, \( i = \frac{5500}{127} \approx 43,3 \, \text{A} \). É por isso que aparelhos potentes em 127 V exigem fios mais grossos e disjuntores de maior corrente.

Dica do professor

Antes de qualquer conta, escreva ao lado do enunciado as três informações que ele dá e a que ele pede, com as unidades. Depois, escolha a fórmula pela grandeza que fica constante: se a tensão é a mesma, use \( P = \frac{U^2}{R} \); se a corrente é a mesma, use \( P = R \cdot i^2 \); se você tem tensão e corrente, use \( P = U \cdot i \). Essa escolha, feita em 30 segundos, evita o erro mais comum do tema, que é usar a fórmula certa no caso errado. E, nas questões de conta de luz, faça sempre a conversão em duas etapas separadas: primeiro watts para quilowatts, depois minutos para horas, e só então multiplique.

Atenção / cuidado

• Não confunda potência com energia: potência é watt, energia é joule ou quilowatt-hora. A conta de luz cobra energia.
• Não esqueça de converter o tempo para segundos nas fórmulas de corrente e carga, e para horas no cálculo em kWh. Minutos não entram direto em nenhuma das duas.
• Não use o sentido real dos elétrons quando a questão pede a corrente: o padrão é o sentido convencional, do positivo para o negativo.
• Não aplique \( P = R \cdot i^2 \) quando a tensão é igual, nem \( P = \frac{U^2}{R} \) quando a corrente é igual: cada fórmula vale para o seu caso de grandeza constante.
• Não some potências de aparelhos em série como se fossem independentes: em série, a tensão se divide, e nenhum aparelho trabalha com sua potência nominal.
• Não esqueça de que a potência nominal só vale na tensão nominal: ligar um aparelho de 127 V em 220 V multiplica a potência por cerca de três vezes e pode queimá-lo.
• Na leitura do gráfico i × t, a carga é a área sob a curva, e não a altura da curva nem a inclinação dela.

Conexão com outras áreas

Matemática: proporcionalidade direta e inversa, gráficos e cálculo de áreas de retângulos e triângulos, e potências de dez no cálculo do número de elétrons. Química: a condução elétrica em soluções e a pilha, em que reações químicas geram a tensão. Biologia: o impulso nervoso, que é um fenômeno elétrico nas células, e o uso de desfibriladores na medicina. Geografia e atualidade: a matriz elétrica brasileira, o consumo de energia das casas e as políticas de economia de energia. Tecnologia e engenharia: instalações elétricas residenciais, disjuntores, fios e a segurança contra choques e incêndios. Para revisar a base da eletrostática, veja as matérias sobre processos de eletrização, força elétrica e lei de Coulomb e potencial elétrico, trabalho e energia, e explore a Física na sala de estudo do cliquevestibular.

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