Outras unidades de energia

1. Força pé-libra e força pé-libra por segundo

No antigo sistema de unidades imperial britânico, a energia era chamada força pé-libra e a potência, força pé-libra por segundo, cujos símbolos são ft•lbf e ft•lbf/s, respectivamente.

A transição da unidade de energia para potência é directa, e está obviamente relacionada com a definição de potência. A força pé-libra por segundo representa a energia necessária para mover uma libra de qualquer coisa, ao longo de um pé, a cada segundo. Estas unidades são ainda hoje utilizadas no Reino Unido e nas suas ex-colónias, estando gradualmente a ser substituídas pelas do sistema internacional. 1 ft•lbf ≈ 1.356 J.


Unidade térmica britânica e unidade térmica britânica por hora

Outro par de unidades de energia e potência oriundas do sistema de unidades imperial britânico são a unidade térmica britânica, cujo símbolo é o Btu, e a unidade térmica britânica por hora, cujo símbolo é o Btu/h.

Estas unidades são utilizadas para representar uma quantidade referência de Calor e respectiva potência calorífica. Assim, são utilizadas nas especificações de aquecedores, fornos, frigoríficos, aparelhos de climatização, e outras aplicações térmicas.

Um Btu/h representa a energia necessária para aumentar a temperatura em 1ºF, para uma libra de água, a cada hora. Estas unidades são utilizadas nas ex-colónias britânicas e em alguns países vizinhos que sofrem a sua influência ou têm fortes relações comerciais entre si.

Os valores destas unidades variam com a temperatura em que se começa a aquecer. Temperaturas diferentes exigem energias diferentes. Isto provoca confusão em relação a qual é a quantidade de energia que se está a usar como referência para a unidade, e problemas de coerência na relação entre valores e nos cálculos. De forma que estas unidades estão lentamente a ser substituídas pelas do sistema internacional. Aproximadamente, 1 Btu ≈ 1055 J e 1 Btu/h ≈ 0.293 W.


3. Caloria e caloria por segundo

Existe um par semelhante de unidades para o sistema métrico: a caloria, cujo símbolo é cal, e a caloria por segundo, cujo símbolo é cal/s. Tal como o par acima, são utilizadas para representar uma quantidade referência de calor e respectiva potência térmica.

Uma cal/s representa a quantidade de energia necessária para aumentar a temperatura de 1 grama de água em 1ºC, por segundo. Tal como o par acima, é utilizada em aplicações térmicas e apresenta o mesmo problema de coerência. Temperaturas diferentes exigem energias diferentes. A sua utilização está a tornar-se obsoleta sendo rapidamente substituídas pelas unidades do sistema internacional. No entanto, é muito popular o seu uso para referir a capacidade energética dos alimentos.

A caloria vulgarmente utilizada nas especificações dos alimentos escreve-se com C grande e é na realidade uma kilocaloria, 1000 vezes a caloria normal. 1 cal ≈ 4.186 J.


4. Cavalos

Em 1782, James Watt fez uma experiência e descobriu que, em média, um cavalo de trabalho conseguia produzir 32400 ft•lbf de trabalho motor por minuto a puxar pesos. No ano seguinte, ao colocar as suas máquinas a vapor à venda, decidiu classificá-las por comparação com o trabalho dos cavalos. Arredondou por excesso o valor da potência de um cavalo para 33000 ft•lbf/min, e utilizou este valor como referência, chamando-lhe potência de um cavalo. E assim, nasceu uma nova unidade: Cavalos-vapor ou simplesmente Cavalos.

5. Electrão-volt

Em Física atómica, nuclear e de partículas é conveniente usar uma quantidade de energia mais pequena como referência. Assim, utiliza-se normalmente o electrão-volt, e V, como unidade de energia, que representa a quantidade de energia cinética ganha por um electrão ao atravessar uma diferença de potencial eléctrico de um Volt no vácuo. 1 e

6. Hartree

Existe outra referência utilizada em Física atómica: a energia potencial do primeiro nível do átomo do hidrogénio, que define a unidade de energia Hartree, Eh, do sistema de unidades atómicas.

7. Erg

A ser substituído gradualmente pelo sistema internacional, o sistema de unidades CGS ainda é bastante utilizado em astronomia e electromagnetismo, visto que torna algumas fórmulas mais simples. A unidade de energia deste sistema é o erg, que representa o trabalho feito por uma força de uma dina exercida ao longo de um centímetro. A unidade de potência é o erg por segundo, erg/s.


Quantidade de carga

Quantidade de carga de uma corrente eléctrica

A quantidade de carga ou de electricidade que caracteriza uma corrente eléctrica representa a quantidade dos portadores de carga que são os electrões. A carga de um electrão, de símbolo e-, exprime-se em Coulombs, de símbolo C.

A carga elementar e vale: aproximadamente,

Um electrão possui uma carga elementar negativa q:

Uma quantidade de carga Q corresponde a um número N finito de electrões, tendo a mesma unidade que a carga do electrão.

Para caracterizar a quantidade de carga de uma corrente eléctrica, quantifica-se a quantidade de carga que passa através de uma secção do fio condutor (essa secção é recta, ou seja, corresponde a uma área circular e de raio 1, que se obtém quando se corta um fio cilíndrico perpendicularmente) durante um tempo determinado. Como veremos no tópico sobre o Ampere, a intensidade da corrente eléctrica corresponde à quantidade de carga que passa por uma secção unitária do fio por unidade de tempo.
Visto que o Ampere é considerado uma unidade básica do Sistema Internacional de Unidades, o Coulomb passa a ser uma unidade composta.

Assim: 1 C = 1 A.s.


Força electrostática

No sistema internacional de unidades, a força resultante do campo eléctrico campo eléctrico, = q.campo eléctrico sobre uma carga eléctrica q, || || = F exprime-se em Newtons (N) e q em Coulombs; ||campo eléctrico|| = E poderia, portanto, expressar-se em Newtons por Coulomb.

Veremos noutro tópico porque se escolheu outro nome: o Volt por metro, cujo símbolo é , equivalente, portanto, ao Newton Coulomb (N.C).
Assim:
F=|q|.E

cujas unidades são:

  • F em Newtons (N);
  • |q| em Coulombs (C);
  • E em (Volts por metro), equivalente a N.C (Newtons Coulombs).

Quanto ao potencial electrostático (ou diferença de energia potencial electrostática, neste caso entre os pontos A e B), as suas unidades são dadas pela equação:

cujas unidades são:

  • W em Joules (J);
  • q em Coulombs (C); o sinal da carga influi sobre o sinal de W;
  • E em em Volts (V).

Assim, também temos: 1 J = 1 C.V (1 Joule é igual a 1 Coulomb Volt).

Ou seja, a diferença de energia potencial eléctrica da carga q entre os dois pontos A e B é igual ao trabalho da força electrostática exercida pelo campo sobre a carga entre esses dois pontos:

cujas unidades são:

  • Energia potencial electrostática e trabalho em Joules (J);
  • |q| em Coulombs (C);
  • e, como vimos acima, q em Coulombs (C) e () em Volts (V).
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