Eu não entendo o que é realmente o poder

Sei que essa é provavelmente uma pergunta super comum, mas tenho que colocar em minhas próprias palavras.

Eu tento entender a lei de ohm com a analogia da água. Dois tanques com água, um com nível mais alto que o outro, e um cano conectando os dois. A água quer fluir. Existe uma válvula que representa um resistor.

O que começa minha confusão é quando começo a pensar em dissipação de calor em um circuito elétrico. De onde vem esse calor?

Não pode advir da pressão, da tensão, porque, se o fizesse, a válvula deveria estar extremamente quente se houver água suficiente no mais alto dos dois tanques, exercendo muita pressão sobre a válvula.

Eu li que o calor vem do fluxo real de eletricidade, a corrente. A princípio, isso parece intuitivo. Mas então passo a considerar o que é poder. É aqui que a confusão se instala. Porque se eu dobrar a pressão e dobrar a resistência, a corrente permanece a mesma. Eu acho que isso significaria que a dissipação de calor permaneceria a mesma.

Mas o poder dobra. Então, o que isso realmente significa então?

Meu tanque drenou para o outro tanque a uma taxa diferente por causa da potência mais alta, mesmo que o fluxo real de corrente tenha permanecido constante?

O que é poder?

Você pode pensar no que acontece com o fluxo de elétrons no fio. Embora não seja verdade, tente pensar no elétron como uma partícula mecânica. Sempre que tenta se mover dentro do fio, atinge algo e essa colisão gera calor. Então você pode pensar em uma energia sendo transferida da energia cinética do elétron para o calor (então a velocidade do elétron cai naquele momento). Portanto, os elétrons não têm velocidade constante o tempo todo, embora possamos dizer que eles têm uma velocidade média e essa velocidade média depende da resistência do fio que é exatamente esse obstáculo que o elétron atinge.

O fio não ficaria quente se não tivesse resistência. Portanto, nenhuma energia seria consumida pelo fio.

Quando você dobra a tensão e também o dobro da resistência, pode pensar que o campo elétrico dentro do fio é maior, para que o elétron atinja uma velocidade mais alta do que com a tensão mais baixa. Mas também a resistência é maior, por isso pode atingir seus obstáculos de maneira mais forte. Portanto, a velocidade média pode se tornar a mesma (a corrente é a mesma) apesar de agora você estar dissipando mais calor porque as colisões são mais fortes.

Essa é uma maneira muito grosseira de pensar, mas pode ajudá-lo a imaginar por que as coisas são do jeito que são por algumas analogias.

Além disso, você pode pensar em poder como Joules por segundo (Watt). Por isso, relaciona alguma unidade de energia por tempo. No exemplo da lei de ohms, aplica-se à dissipação de calor. Em outras palavras, quanta energia está sendo desperdiçada no calor por todo o fio. Se você pensa em sistemas mecânicos, a energia pode representar quanta energia é necessária para mover alguma coisa (você pode calcular a sua energia cinética mínima para atingir a velocidade desejada e, assim, calcular a quantidade de energia que você deve transferir para esse objeto para atingir essa velocidade). Portanto, como o poder está diretamente relacionado à energia, você pode pensar que a energia está sempre sendo transferida de uma maneira para outra. O poder pode indicar a rapidez com que isso acontece.

Para uma analogia mecânica, pense em resistência elétrica como atrito mecânico , tensão como força e corrente como velocidade .

Suponha que exista um objeto, sujeito a atrito, movendo-se a uma velocidade constante (isso é análogo a um circuito resistivo com corrente constante).

Deve haver uma força aplicada (análoga a uma fonte de tensão) e uma força de atrito oposta (análoga à tensão no resistor).

Agora, como você certamente observado, fricção converte energia cinética para energia térmica (pense em como freios ficar quente quando parar seu carro rapidamente a partir de uma alta velocidade).

O poder associado é a taxa dessa conversão de energia; é quanta energia cinética é convertida em energia térmica por segundo .

$F_f$

Isso deve ser intuitivo para você. Se você mover as mãos devagar, não sentirá muito calor. Se você mover suas mãos rapidamente juntas, poderá aquecê-las rapidamente.

A força de atrito é dada por:

$\mu$

Por fim, vamos responder à sua pergunta:

Porque se eu dobrar a pressão e dobrar a resistência, a corrente permanece a mesma. Eu acho que isso significaria que a dissipação de calor permaneceria a mesma.

Mas o poder dobra. Então, o que isso realmente significa então ?

Em nossa analogia mecânica, o que acontece se dobrar a fricção (que é análogo ao dobrar a resistência) e assumir a velocidade do objeto permanece o mesmo (que é análogo à corrente restante da o mesmo)?

A força de atrito dobra e, assim, a potência devido à força de atrito dobra .

Mecanicamente, isso é intuitivo. Se você estiver em um carro a uma velocidade constante e a fricção dobrar repentinamente, será necessário dobrar a potência do motor (pressione o pedal do acelerador com mais força) para manter a velocidade .

O poder é, acima de tudo, uma taxa de mudança de energia. Se energia fosse dinheiro, a energia perdida seria suas despesas mensais e a energia obtida seria sua renda mensal. Se ambos são iguais, então não há mudança de energia líquida a cada mês.

Mas o que é realmente energia? Energia é o que você precisa para fazer o trabalho, como levantar algo pesado (contra um campo gravitacional), separar dois ímãs (contra um campo magnético) ou deslocar partículas carregadas (contra um campo elétrico). É este último exemplo que se aplica à eletricidade básica.

Geralmente, você pode definir algum tipo de partícula que é sensível e pode ser empurrada por estar dentro de um campo, e um campo é apenas uma maneira de visualizar e quantificar os graus de liberdade dessa partícula (como coordenadas espaciais), com que intensidade e em que direção é empurrada.

Portanto, mover fisicamente essa partícula pelo campo requer energia. Se você definir um ponto arbitrário A dentro do campo e calcular a energia para obter uma partícula para outro ponto B, você poderia dizer que o ponto B tem um potencial igual a essa energia. Como A era arbitrário, faz sentido falar sobre possíveis diferenças.

No contexto de um campo elétrico, a sensibilidade das partículas (como elétrons) a esse campo é chamada carga, e as unidades são chamadas Coulombs. Portanto, o potencial possui unidades de energia / carga ou [Joules] / [Coulomb], que é o mesmo que Tensão .

Portanto, se você tiver uma diferença de potencial entre os pontos A e B em um circuito (uma tensão) e houver uma certa quantidade de carga que vai de A a B a uma certa taxa (uma corrente), haverá uma taxa de energia sendo usado (energia). Realmente não importa como eles foram do ponto A ao ponto B (através de um fio, resistores, diodos, transistores, ar, lápis, etc.), tudo o que importa é a tensão e a corrente, e a potência é o seu produto:

Você pode verificar as unidades:

$P=V^2/R$$P=V\cdot I$$P=V^2/R$

Esperamos que agora seja mais claro por que, sem corrente, não pode haver energia (você não está substituindo nenhuma partícula carregada; portanto, não há trabalho a ser feito), e por que a energia não depende apenas da corrente (cargas móveis potencial zero não requer nenhum 'esforço'). É realmente sobre quantas cobranças você move por unidade de tempo e qual a diferença potencial.

Por definição, poder é a taxa na qual a energia é transferida ou variada.
Se você considera isso um essencial fundamental, todas as outras questões precisam fazer sentido em relação a isso.
Se a pergunta não "respeitar" essa definição, ela não fará sentido.
Tentar entender as respostas para perguntas sem sentido é repleto de perigos :-).

Não pode advir da pressão, da tensão, porque, se o fizesse, a válvula deveria estar extremamente quente se houver água suficiente no mais alto dos dois tanques, exercendo muita pressão sobre a válvula.

Você tem pressão, mas não tem fluxo. A energia não está sendo transferida - não há energia necessária.

Eu li que o calor vem do fluxo real de eletricidade, a corrente. A princípio, isso parece intuitivo. Mas então passo a considerar o que é poder. É aqui que a confusão se instala. Porque se eu dobrar a pressão e dobrar a resistência, a corrente permanece a mesma. Eu acho que isso significaria que a dissipação de calor permaneceria a mesma. Mas o poder dobra. Então, o que isso realmente significa então?

Siga a energia.
Como I = V / R = 2V / 2R, a corrente não muda quando V e R são duplicados.
MAS a energia necessária para empurrar a mesma corrente através de um tubo com o dobro da resistência é o dobro. Sim?
ou seja, dobrar a pressão e a resistência -> a corrente é a mesma, mas a taxa de fluxo de energia é dobrada e a energia é dobrada.

Observe que o poder

= VI = V ^ 2 / R = I ^ 2R.

Essas fórmulas são funcionalmente idênticas e são intercambiáveis.
Você pode ir de um para o outro apenas substituindo variáveis.
Se qualquer um deles faz sentido para você, o restante pode ser derivado apenas inserindo variantes para as variáveis ​​baseadas na lei de Ohm.

por exemplo,
P = V x I Mas V = IR
Então P = IR x I = I ^ 2R

P = I ^ 2R Mas I = V / R Então P = (V / R) ^ 2 = V ^ 2 / R

Se você está feliz com o poder de ser 'explicado' por qualquer um dos VI ou V ^ 2 / R ou I ^ R, o acima permite mostrar que os outros são idênticos.

P = V x I A
taxa de energia é proporcional à quantidade de material empurrado e à sua força.

P = I ^ 2R A
taxa de energia é proporcional à quantidade de material que está sendo empurrado, MAS proporcional ao quadrado da quantidade de material que está sendo empurrado, porque quando você duplica a quantidade de material que é empurrado através de um determinado tubo, você não recebe apenas o dobro de material por vez, mas é duas vezes mais difícil pressioná-lo.

P = V ^ 2 / R A
taxa de energia é proporcional ao quadrado da força de empurrão, MAS inversamente proporcional à dificuldade de empurrá-la.
1 / R é fácil, pois menos esforço = menos energia necessária.
Se você dobrar a força usada, você dobrará a quantidade de força usada para que a taxa de energia aumente, mas a taxa de fluxo também dobra (I = V / R); portanto, você deve pressionar duas vezes mais que o dobro da força, daí o termo V ^ 2.

Tudo faz sentido.
Tudo é consistente.
Tudo pode ser convertido entre várias maneiras de dizê-lo.
Sempre que um desses três não parecer verdadeiro, ataque o "motivo" que não parece ser assim e você descobrirá que o raciocínio tem uma falha.
Por exemplo, no primeiro exemplo dado, não havia fluxo de corrente, portanto, nenhuma transferência de energia, portanto, nenhuma energia.