Eletricidade Show
Professor Diminoi ELETRICIDADE  A Eletricidade é a área da Física responsável pelo estudo de fenômenos associados a cargas elétricas. O termo eletricidade originou-se da palavra eléktron, que é derivada do nome grego âmbar. Este, por sua vez, é uma resina fóssil que, quando atritada em algum tecido, pode passar a atrair pequenos objetos. Embora os primeiros avanços científicos na área remontem aos séculos XVII e XVIII, os fenômenos elétricos têm sido estudados desde a antiguidade. Contudo, antes dos avanços científicos na área, as aplicações práticas para a eletricidade permaneceram muito limitadas, e tardaria até o final do século XIX para que os engenheiros fossem capazes de disponibilizá-la ao uso industrial e residencial, possibilitando assim seu uso generalizado. A rápida expansão da tecnologia elétrica nesse período transformou a indústria e a sociedade da época. A extraordinária versatilidade da eletricidade como fonte de energia levou a um conjunto quase ilimitado de aplicações, conjunto que em tempos modernos certamente inclui as aplicações nos setores de transportes, aquecimento, iluminação, comunicações e computação. A energia elétrica é a espinha dorsal da sociedade industrial moderna, e deverá permanecer assim no futuro tangível. O que são os raios? As nuvens de tempestades, chamadas de cumulonimbus, são carregadas de partículas elétricas. Quando há um acúmulo excessivo delas, ocorre a perda da capacidade isolante e surgem as descargas elétricas que formam os raios. A corrente gerada tem diâmetro de poucos centímetros, mas pode atingir a temperatura de até 30 mil graus Celsius. Com o forte calor, o ar ao redor se expande rapidamente, comprimindo o ar vizinho. A compressão se propaga em todas as direções na atmosfera e produz uma forte onda sonora, o trovão. O que acontece quando o avião é atingido por um raio durante o voo? Ao sobrevoar uma região com tempestade, o avião corre o risco de ser atingido por um raio. Quando isso acontece, a barulho e a luz gerados pelo raio pode causar apreensão nos passageiros. Embora pareça algo extremamente crítico para o voo, as aeronaves são fabricadas para aguentar o impacto de uma descarga elétrica sem sofrer danos nem colocar em risco a segurança do voo. Segundo o engenheiro sênior Edward J. Rupke, em artigo publicado no site Scientific American, estima-se que, em média, um avião comercial em operação nos Estados Unidos seja atingido pelo menos uma vez por ano por um raio. Apesar da alta frequência dessas ocorrências, a última vez em que um raio causou um acidente na aviação comercial foi em 1967. Na ocasião, a descarga elétrica provocou uma explosão no tanque de combustível do avião. Estrutura preparada Isso ocorre porque a fuselagem do avião é composta principalmente de alumínio. Por ser um bom condutor de energia, a descarga elétrica flui sobre o avião até seguir normalmente seu caminho pela atmosfera. No caso de aviões mais modernos, feitos com materiais compostos e com menor poder de condução de energia, são acrescentadas fibras de materiais capazes de conduzir a energia para garantir a segurança. Assim, a área interna do avião fica protegida e mesmo as partes externas não costumam sofrer qualquer dano. Quando um raio atinge um avião, o impacto geralmente ocorre em uma das extremidades da aeronave, como nariz, as pontas das asas ou a cauda. Essas partes são reforçadas com materiais metálicos mais resistentes para suportar melhor a descarga elétrica e dissipar a energia Fonte: http://todosabordo.blogosfera.uol.com.br/2017/04/15/o-que-acontece-quando-o-aviao-e-atingido-por-um-raio-durante-o-voo/ Benjamin Franklin - Em 15 de junho, Franklin pode ter realizado o experimento da pipa na Filadélfia, com sucesso ao extrair faíscas de uma nuvem. A experiência não foi escrita com crédito até a divulgação por Joseph Priestley. Cientistas, como Georg Wilhelm Richmann, foram eletrocutados em testes seguintes ao experimento de Franklin. Em seus escritos, Franklin indica que estava consciente dos perigos e ofereceu alternativas para demonstrar que o raio era elétrico, como mostrado por seu uso do conceito de aterramento elétrico. Em termos gerais pode ter feito isso à espera de ser atingido por um raio. Em vez disso, usou a asa para recolher cargas elétricas a partir de nuvem de tempestade, o que implicava que raios tinham eletricidade. Neste sentido se convém dizer que Ben Franklin não descobriu a eletricidade anexando chave à pipa durante tempestade em 1752. Na realidade, a eletricidade já havia sido descoberto anos antes. O próprio Franklin se tornou interessado ao fenômeno elétrico no ano de 1746. Na prática durante a experiência estava apenas tentando provar que o raio era de natureza elétrica, conforme afirma o The Franklin Institute. Outro mito é que a pipa foi atingida por um raio durante o experimento e gerou em Franklin um poderoso choque. Algo que se tivesse acontecido de maneira provável aconteceria à morte do cientista. Em vez disso, ele observou que as fibras na linha de pipa levantaram e fizeram a chave de metal atrair a carga. As nuvens de tempestade estavam tentando descarregar a eletricidade ao objeto ligado a terra. Modelo atômico / Modelo de Rutherford-Bohr– Se assemelha ao modelo do Sistema Solar, eu que o Sol ocupa o centro do Sistema e os planetas giram em torno dele. Por essa razão também é chamado de modelo planetário de átomo. Segundo esse modelo, cada átomo tem duas regiões: Núcleo - É a região central do átomo onde ficam os prótons (carga positiva +)e os nêutrons (não possuem carga) Eletrosfera - É a região em torno do núcleo no qual orbitam os elétrons (canga negativa -). Atração e repulsão – Cargas de sinais diferentes se atraem e cargas de sinais iguais se repelem. Alguns conceitos importantes com nomenclatura específica que dizem respeito à eletricidade são: Carga elétrica É a propriedade das partículas subatômicas que determina as interações eletromagnéticas dessas. Matéria eletricamente carregada produz, e é influenciada por, campos eletromagnéticos. A unidade de carga elétrica no SI (Sistema Internacional de Unidades): ampère segundo (A.s) , unidade também denominada coulomb (C).
Q = quantidade de carga (C) n = quantidade (números) de elétrons e = 1,6 . 10-19C (carga elementar do elétron (-) ou do próton (+)) Os submúltiplos do Coulomb - Quando falamos em 1,0C (Coulomb), em relação à quantidade de energia, devemos saber que essa energia é totalmente elevada em um simples ponto material. Para que possamos reprimir essa energia, precisaríamos de uma esfera metálica bem grande, por causa da repulsão que existe entre as cargas. Consequentemente os submúltiplos do Coulomb tiveram que ser usados de forma experimental. Submúltiplos do Coulomb 1 microcoulomb 1µC = 10-6C 1 nanocoulomb 1nC = 10-9C 1 picocoulomb 1 pC = 10-12C Observação:normalmente, em livros ou em simulados, nunca vêm escritos os prefixos micros, nano ou pico sempre irá encontrar da seguinte forma: 1 µ = 10-6 1n = 10-9 1p = 10-12 RESOLVIDA - CARAGA ELÉTRICA 01) (FGV) Deseja-se eletrizar um objeto metálico, inicialmente neutro, pelos processos de eletrização conhecidos, e obter uma quantidade de carga negativa de 3,2 μC. Sabendo-se que a carga elementar vale 1,6 . 10–19 C, para se conseguir a eletrização desejada, será preciso (A) retirar do objeto 20 trilhões de prótons. (B) retirar do objeto 20 trilhões de elétrons. (C) acrescentar ao objeto 20 trilhões de elétrons. (D) acrescentar ao objeto cerca de 51 trilhões de elétrons.E) retirar do objeto cerca de 51 trilhões de prótons. Resolução: Para que o corpo torne-se negativamente eletrizado, o número de elétrons deve ser superior ao de prótons. Portanto, será preciso acrescentar determinada quantidade de cargas ao objeto. A quantidade de cargas é determinada a partir da definição de carga elétrica. Alternativa: C 02) (FMJ-SP) O cobalto é um elemento químico muito utilizado na medicina, principalmente em radioterapia. Seu número atômico é 27 e cada elétron tem carga elétrica de –1,6 . 10–19 C. A carga elétrica total dos elétrons de um átomo de cobalto é, em valor absoluto e em C, igual a (A) 1,68 . 10–18. (B) 4,32 . 10–19. (C) 4,32 . 10–20. (D) 4,32 . 10–18. (E) 1,68 . 10–19. Resolução: O número de elétrons é igual ao número atômico do elemento. A carga elétrica é determinada a partir do produto do número de elétrons pelo valor da carga elementar. Alternativa: D 03) Determine a quantidade de elétrons que deve ser perdida por um corpo para que ele adquira uma carga positiva que corresponda a 2,56 . 10 – 10 C. Dado: a carga elementar vale 1,6 . 10–19 C. (A) 1,20 . 109 (B) 2,60 . 109 (C) 5,50 . 109 (D) 1,60 . 109 (E) 2,56 . 109 Resolução: A quantidade de cargas é determinada a partir da definição de carga elétrica. Alternativa: D 04) Suponha que a carga elétrica referente a um raio seja de 25C. Determine a quantidade de elétrons que compõem essa descarga elétrica em termos de 1020 partículas. Dado: A carga elementar vale 1,6 . 10–19 C. (A) 1,56 (B) 1,38 (C) 2,56 (D) 3,32 (E) 1,16 Resolução: A quantidade de cargas é determinada a partir da definição de carga elétrica.
Alternativa: A 05) (Fafi-MG) Dizer que a carga elétrica é quantizada significa que ela: (A) só pode ser positiva (B) não pode ser criada nem destruída (C) pode ser isolada em qualquer quantidade (D) só pode existir como múltipla de uma quantidade mínima definida (E) pode ser positiva ou negativa Resolução: A carga elétrica só pode existir em quantidades múltiplas da carga elementar e. Alternativa: D 06) (Unitau-SP) Uma esfera metálica tem carga elétrica negativa de valor igual a 3,2 . 10-4 C. Sendo a carga do elétron igual a 1,6 10-19 C, pode-se concluir que a esfera contém: (A) 2 . 1015elétrons (B) 200 elétrons (C) um excesso de 2. 1015elétrons (D) 2 . 1010 elétrons (E) um excesso de 2 . 1010 elétrons Resolução: Q = n . e 3,2 . 10 -4 = n . 1,6 . 10-19 n = 3,2 . 10-4 n = 2 . 1015 elétrons Como o corpo tem carga elétrica negativa, ele possui excesso de elétrons. Alternativa: C 07) Calcule a carga elétrica de um corpo que possui excesso de 24 . 1012 elétrons. Considere o módulo da carga elementar igual a 1,6 . 10-19 C. Resolução: Q = n . e Q = 24 . 1012 . ( - 1,6 . 10-19) Q = - 38,4 .10-7 C 08)Julgue os itens a seguir:
Estão corretas as afirmativas: (A) 1 e 2 apenas (B) 2 e 3 apenas (C) 1 e 3 apenas (D) 1, 2 e 3 (E) nenhuma. Resolução: Afirmativa 1 – correta. Quando um corpo perde elétrons, ele passa a ter maior número de prótons, portanto fica com carga positiva. Afirmativa 2 – correta. Os corpos neutros possuem a mesma quantidade de prótons e de elétrons. Afirmativa 3 – incorreta. O núcleo atômico é formado por prótons e nêutrons. Alternativa: A. 09) Calcule a carga de um corpo que possui 5.1019 prótons e 4.1019 elétrons. Resolução: Para calcular a carga elétrica de um corpo, utiliza-se a seguinte expressão, considerando que a carga elementar possui o valor de 1,6 . 10-19C: Q = n . e Q = (5.1019- 4.1019).1,6.10-19 Q = 1019. 1,6.10-19 Q = 1,6 C 10) Um corpo eletrizado com carga Qa = - 5 . 10-9 é colocado em contato com outro corpo com carga Qb = 7 . 10-9. Qual é a carga dos dois objetos após ter sido atingido o equilíbrio eletrostático? ELETRIZAÇÃO É o processo pelo qual os corpos perdem ou ganham elétrons.
Observação: um corpo não ganha nem perde prótons, mas elétrons. Eletrização por Atrito esse processo, os corpos se tocam e são atritados (esfregados) após a ocorrência desse atrito, os copros ficam com cargas de módulos iguais em intensidade, porém de sinais contrários. Eletrização por Contato Nesse processo, os corpos se tocam e após o contato, os corpos ficam com cargas de mesmo sinal e se os corpos forem exatamente idênticos, eles irão ter o mesmo módulo de carga elétrica. Observação:a primeira animação (eletrização) ocorre entre corpos de tamanhos diferentes e a segunda animação (eletrização) ocorre entre corpos de tamanhos iguais (corpos idênticos). Apos observar atentamente este processo que comentário você fará? Eletrização por Indução Nesse processo, os corpos não se tocam, apenas ficam próximos um do outro portanto, não ocorrem transferência de eletros de um corpo para o outro. Enquanto os corpos estiverem próximos um do outro ocorre um deslocamento de cagas no interior de cada corpo e ao se afastarem o deslocamento se desfaz ficando os corpos com cargas de sinais diferentes. Q = quantidade de caraga do copro (C) RESOLVIDAS / PROCESSO DE ELETRIZAÇÃO 11) (UFPel) Em relação à eletrização de um corpo, analise as afirmativas a seguir. I. Se um corpo neutro perder elétrons, ele fica eletrizado positivamente; II. Atritando-se um bastão de vidro com uma flanela, ambos inicialmente neutros, eles se eletrizam com cargas iguais; III. O fenômeno da indução eletrostática consiste na separação de cargas no induzido pela presença do indutor eletrizado; IV. Aproximando-se um condutor eletrizado negativamente de outro neutro, sem tocá-lo, este permanece com carga total nula, sendo, no entanto, atraído pelo eletrizado. V. Um corpo carregado pode repelir um corpo neutro. Estão corretas (A) apenas a I, a II e a IV. (B) apenas a I, a III e a IV. (C) apenas a I, a IV e a V. (D) apenas a II e a IV. (E) apenas a II, a III e a V. Resolução: II – ERRADA. Após a eletrização por atrito, os corpos atritados sempre adquirem cargas de sinais opostos. Alternativa: B 12) (Uespi) Uma pequena esfera condutora A, no vácuo, possui inicialmente carga elétrica Q. Ela é posta em contato com outra esfera, idêntica a ela, mas neutra, e ambas são separadas após o equilíbrio eletrostático ter sido atingido. Esse procedimento é repetido mais 10 vezes, envolvendo outras 10 esferas idênticas à esfera A, todas inicialmente neutras. Ao final, a carga da esfera A é igual a: (A) Q/29 (B) Q/210 (C) Q/211 (D) Q/10 (E) Q/11 Resolução: A cada contato, a carga das esferas, por serem idênticas, será dividida por dois. Sendo assim, teremos: Primeiro contato: Q/2 Portanto, no décimo primeiro contato, teremos: Q/211 Alternativa: C 13) A respeito dos processos de eletrização, marque a alternativa incorreta: (A) Após a eletrização por contato, os corpos terão cargas elétricas de mesmo sinal. (B) Na eletrização por indução, o corpo que inicia o processo já eletrizado é denominado de (indutor. (C) Ao atritar duas canetas compostas de polietileno, ambas ficam eletrizadas negativamente. (D) A série triboelétrica é aplicada à eletrização por atrito. (E) Após a eletrização por indução, o corpo induzido apresenta carga elétrica de sinal oposto à carga do indutor. Resolução: Só ocorre eletrização por atrito com a fricção de objetos constituídos de materiais diferentes. Alternativa: C 04)Um estudante atrita um pente de plástico em seu cabelo e aproxima-o de um filete de água, que imediatamente se encurva na direção do pente. Marque a alternativa que explica de forma correta o motivo pelo qual isso ocorre. (A) O fenômeno é possível porque a água é um condutor universal. (B) Após o atrito, o pente adquire a mesma carga elétrica da água, por isso, o filete é atraído. (C) As cargas elétricas em excesso no pente atraem as cargas de mesmo sinal da água, fazendo com que o filete sofra deflexão. (D) As cargas elétricas em excesso no pente atraem as cargas de sinal oposto da água, fazendo com que o filete sofra deflexão. (E) Todas as alternativas estão incorretas. Resolução: Após o atrito, o pente fica eletrizado. Aproximando-o da água, as cargas de sinal oposto que compõem o líquido são atraídas pelo pente, o que causa uma leve deflexão do fio de água. Alternativa: D 14) Se um corpo neutro é colocado em contato com um corpo eletrizado negativamente, ou seja, com excesso de elétrons, pode-se afirmar que: (A) Ele permanece neutro; (B) Adquire carga positiva; (C) Adquire carga negativa; (D) Neutraliza eletricamente o outro corpo. Resolução: Quando um corpo neutro é colocado em contato com um corpo carregado eletricamente, as cargas do corpo carregado passam para o neutro. Dessa forma, ambos ficam carregados com cargas iguais. No caso do exercício, como se trata de excesso de elétrons, após o contato, ambos ficarão com carga negativa. Alternativa: C 15) (UFMT – MG) Da palavra grega elektron derivam os termos eletrização e eletricidade, entre outros. Analise as afirmativas sobre alguns conceitos da eletrostática. I. A carga elétrica de um sistema eletricamente isolado é constante, isto é, conserva-se. II. Um objeto neutro, ao perder elétrons, fica eletrizado positivamente; III. Ao se eletrizar um corpo neutro, por contato, este fica com carga de sinal contrário à daquele que o eletrizou. É correto o contido em: (A) I apenas. (B) I e II, apenas. (C) I e III, apenas. (D) II e III, apenas. (E) I, II e III. Resolução: e acordo com o princípio da conservação de cargas, a soma algébrica das cargas elétricas de um sistema isolado é constante. Portanto, I está correta. Um corpo é neutro quando possui a mesma quantidade de prótons e elétrons. Quando um objeto neutro perde elétrons, ele passa a ter mais prótons, ou seja, excesso de cargas positivas. Pode-se concluir então que ele fica eletrizado positivamente. Assim, II também está correta. Quando um corpo neutro é eletrizado por contato, ele adquire carga de mesmo sinal à do corpo que o eletrizou. Tendo por base esse conceito, a alternativa III é incorreta. Alternativa: B 16) Um corpo eletrizado com carga Qa= - 5 . 10-9 é colocado em contato com outro corpo com carga Qb= 7 . 10-9 . Qual é a carga dos dois objetos após ter sido atingido o equilíbrio eletrostático? Resolução: 17) (UNI-RIO) Três esferas idênticas, muito leves, estão penduradas por fios perfeitamente isolantes, em um ambiente seco, conforme mostra a figura. Em determinado instante, a esfera A (QA = 20 μC) toca a esfera B (QB = - 2 μC); após alguns instantes, afasta-se e toca na esfera C (Qc = - 6 μC), retornando à posição inicial. Três esferas idênticas carregadas eletricamente penduradas por fios isolantes
Após os contatos descritos, as cargas das esferas A, B e C são, respectivamente, iguais a (em μC): (A) QA= 1,5 QB= 9,0 QC = 1,5 (B) QA= 1,5 QB= 11 QC = 9,0 (C) QA= 2,0 QB= -2,0 QC = -6,0 (D) QA= 9,0 QB= 9,0 QC = 9,0 (E) QA= 9,0 QB= 9,0 QC = 1,5 Resolução: Cálculo da carga elétrica após o contato entre as esferas A e B Assim, as esferas A e B adquirem carga de 9 μC. Em seguida, coloca-se em contato A e C: Cálculo da carga elétrica após o contato entre as esferas A e C Portanto, temos a esfera B com carga QB = 9 μC e as esferas A e C com cargas Qa = 1,5 μC e QC = 1,5 μC após o contato. Alternativa: A BLINDAGEM ELETROSTÁTICA Blindagem eletrostática Ocorre quando o excesso de cargas em um condutor distribui-se uniformemente em sua superfície e o campo elétrico em seu interior fica nulo. ... A blindagem eletrostática foi comprovada, em 1936, por Michael Faraday (1821-1867) através de um experimento que ficou conhecido como a gaiola de Faraday. Essa blindagem também ficou conhecida por gaiola de Faraday e esse efeito é muito utilizado em nosso dia a dia. Como exemplos podemos citar os carros e aviões, que atuam como gaiolas de Faraday, nos protegendo caso sejamos atingidos por uma descarga elétrica, contrariando o pensamento popular de que os pneus do carro é que fazem essa proteção. Construções também são feitas utilizando blindagem eletrostática, a fim de proteger equipamentos eletrônicos. Observação: essa blindagem pode ser vista facilmente, para isso pegue um celular ou um rádio ligado e embrulhe-o em papel alumínio. O alumínio vai agir como a gaiola deFaraday, o celular e o rádio poderão perder o sinal. As três divisões da eletricidade Eletrostática Refere-se ao comportamento das cargas elétricas em repouso e seu estudo engloba os processos de eletrização, campo elétrico, força eletrostática e potencial elétrico. Poder das pontas (para-raios) Uma ponta é uma região muito curva. E como a eletricidade se acumula mais nas regiões mais curvas, quando um corpo eletrizado tem uma ponta, nela há grande acúmulo de carga elétrica. Numa ponta a densidade elétrica é sempre maior do que nas regiões não pontudas. Com as pontas se dão os três fatos seguintes: 1 - Uma ponta sempre se eletriza mais facilmente do que uma região não pontuda; 2 - Se um corpo já está eletrizado, uma ponta perde carga elétrica mais facilmente do que as regiões não pontudas; por este motivo é difícil manter-se eletrizado um corpo que possua pontas; 3 - Se um corpo está eletrizado, uma ponta tem sobre os outros corpos uma ação muito mais forte do que as regiões não pontudas.
RAIO / RELÃMPAGO / TROVÃO / PARA-RAIOS Em um dia de muita chuva estamos sujeitos aos trovões e raios que podem ser extremamente perigosos para nossa integridade física. Tentaremos esclarecer algumas dúvidas e também mitos sobre o aparecimento de raios e trovões, e ainda os para-raios. Para que melhor possamos entender os fenômenos descritos, precisamos introduzir conceitos como Rigidez Dielétrica, Centelha elétrica, Poder das Pontas e os fatos que levam um isolante a se tornar condutor elétrico, no caso, o ar. Os raios são descargas elétricas que, segundo o (Inpe), matam cerca de 200 pessoas e trazem prejuízos de US$ 200 milhões a cada ano. Todos os dias alguém é atingido por um raio. Um raio, relâmpago ou corisco é talvez a mais violenta manifestação da natureza. Numa fração de segundo, um raio pode produzir uma carga de energia cujos parâmetros chegam a atingir valores tão altos quanto: 125 milhões de volts 200 mil amperes 25 mil graus centígrados Raios atingindo o solo. Embora nem sempre sejam alcançados tais valores, mesmo um raio menos potente ainda tem energia suficiente para matar, ferir, incendiar, quebrar estruturas, derrubar árvores e abrir buracos ou valas no chão. Ao redor da Terra caem cerca de 100 raios por segundo. No Brasil, nas regiões Sudeste e Sul, a incidência é de 25 milhões de raios anualmente, sendo a maior quantidade, no período de dezembro a março, que corresponde à época das chuvas de verão. Embora não haja estatísticas disponíveis para o Brasil, centenas de pessoas a cada ano são atingidas por raios. Muitas morrem, outras sofrem traumatismos e queimaduras. A maioria das vítimas é atingida ao ar livre, embaixo de árvores ou na água. No Brasil, há inúmeros relatos de vítimas de raios, atingidas enquanto jogavam futebol ou estavam na praia durante uma tempestade de verão. Num destes casos (janeiro de 1994) dez pessoas foram feridas por um raio enquanto se abrigavam sob duas barracas de praia em Ipanema. Todas sofreram queimaduras de primeiro grau e foram jogadas para longe; uma barraca foi despedaçada e sua dona ficou com as roupas rasgadas. As vítimas tiveram que ser carregadas para o Hospital Miguel Couto, onde se recuperaram e foram liberadas. O que aconteceu, provavelmente, foi que os mastros das barracas agiram como pára-raios e não havendo aterramento, a explosão de energia espalhou-se ao redor, atingindo as vítimas. Outro caso que merece atenção aconteceu durante um treino do Palmeiras (setembro de 1983), no Parque Antártica. Chovia muito e, de repente, um raio caiu no meio de um grupo de jogadores. Um deles desmaiou, outros três foram derrubados no chão e o técnico da equipe foi atirado a alguns metros de distância. Eventualmente todos se recuperaram. Caso mais triste sucedeu em janeiro de 1997 com dois adolescentes, que rezavam no alto do Morro de Gericinó (Realengo) durante uma tempestade. O lugar, descampado, é conhecido como Pedra do Avião. Um raio atingiu os rapazes; um deles foi jogado para cima e rolou pedra abaixo, escapando vivo, com ligeiras escoriações. O outro, no entanto, teve suas roupas e sua Bíblia reduzidas a frangalhos e morreu, provavelmente de parada cardíaca, já que não havia queimaduras ou traumatismos. Além de vítimas, os raios destroem bens materiais correspondentes a prejuízos de muitos milhões de reais todos os anos com incêndios florestais ou em lavouras; incêndios ou destruição de prédios ou pontes; danos graves em veículos; interrupções da energia elétrica pela destruição de torres e linhas de abastecimento, etc. Relâmpago e Trovão Durante a formação de uma tempestade, verifica-se que ocorre uma separação de cargas elétricas, ficando as nuvens mais baixas eletrizadas negativamente, enquanto as nuvens mais altas se eletrizam positivamente. Várias experiências realizadas por pilotos de avião voando perigosamente através de tempestades, comprovaram a existência desta separação de cargas. Podemos concluir que existe, portanto, um campo elétrico entre as nuvens mais baixas e mais altas. A nuvem mais baixa, carregada negativamente, induz na superfície terrestre uma carga positiva, criando um campo elétrico entre elas. À medida que vão avolumando as cargas elétricas nas nuvens, a intensidade destes campos vai aumentando, acabando por ultrapassar o valor da rigidez dielétrica do ar. Quando isso acontece, o ar torna-se condutor e uma enorme centelha elétrica ( relâmpago ) salta de uma nuvem para outra ou de uma nuvem para a Terra.Esta descarga elétrica aquece o ar, provocando uma expansão que se propaga em forma de uma onda sonora que chega diretamente da descarga, como também pelas ondas refletidas em montanhas, prédios, etc. Para-raios Os para-raios foram inventados por Benjamin Franklin no século XVIII. Esse cientista observou que eram muito semelhantes às centelhas elétricas que ele via saltar entre dois corpos eletrizados em seu laboratório. Assim, ele suspeitou q eu os raios eram nada mais que enormes centelhas que saltavam entre nuvens e, consequentemente, entre nuvens e a superfície terrestre. Para verificar essa hipótese ele realizou uma perigosa experiência. Durante uma tempestade empinou uma pipa na tentativa de atrair a eletricidade, que ele acreditava existir nas nuvens, para alguns aparelhos de seu laboratório ligando a linha da pipa a estes aparelhos, Franklin verificou que eles adquiriram carga elétrica, comprovando que as nuvens estavam realmente eletrizadas. Conhecendo o poder das pontas, Benjamin Franklin teve então a idéia de construir um dispositivo de proteção contra os efeitos desastrosos dos raios. Construiu então o para-raios, que é um dispositivo com várias pontas metálicas e deve ser colocado no ponto mais alto do local a ser protegido por ele. O para-raios é ligado a Terra através de um fio metálico grosso que termina em uma grande placa enterrada no solo. Quando uma nuvem eletrizada passa sobre o local onde o para-raios está instalado, o campo elétrico estabelecido entre a nuvem e a Terra torna-se muito intenso nas proximidades de suas pontas. Então, o ar em torno das pontas ioniza-se, tornando-se condutor, fazendo com que a descarga elétrica se processe através das pontas. Em outras palavras, é mais provável que um raio caia no para-raios do que em outro local das vizinhanças. Naturalmente, como o para-raios está ligado ao solo, a carga elétrica que ele recebe da nuvem é transferida para terra sem causar danos. Estudos estatísticos mostram que a ação protetora do para-raios se estende a uma distância aproximadamente igual ao dobro de sua altura. Poder das Pontas Um fenômeno também interessante, relacionado com o conceito de rigidez dielétrica denomina-se poder das pontas. Este fenômeno ocorre porque, em um condutor eletrizado a carga tende a se acumular nas regiões pontiagudas. Em virtude disso, o campo elétrico próximo às pontas do condutor é muito mais intenso que nas proximidades das regiões mais planas. É devido à esse fenômeno que nos dias de chuvas intensas não se recomenda se abrigar sob árvores ou em lugares mais altos sob o risco de ser atingido por um raio. TESTES - PODER DAS PONTAS / RIGIDEZ DIELÉTRICA18) Um material isolante elétrico pode tornar-se um condutor. Em que condições isto ocorre? Resposta: Quando é aplicado a ele um campo elétrico suficiente para tornar livres alguns elétrons dos átomos de sua
estrutura. 19) O que se denomina " rigidez dielétrica" de um isolante? Resposta: Por definição, rigidez de um isolante é o valor máximo de campo elétrico que pode ser aplicado ao material sem que ele se torne um condutor.
Resposta: O valor da rigidez dielétrica da mica ( cerca de 100 x 106 N/C ) é muito elevado, em comparação com o de outros materiais. Assim, ela poderá suportar campos elétricos mais intensos sem se tornar condutora ( entre as placas de um capacitor, por exemplo).
Resposta: A rigidez dielétrica do vidro pirex é 14 x 106 N/C = 1,7 x 107 N/C. assim quando submetido a um campo elétrico de 2 x 107 N/C, o
pirex se torna condutor e não poderia ser usado como isolante.
a) O que acontece com a carga que é transferida à esfera? Resposta: É superior à rigidez dielétrica do ar.
Resposta:
A rigidez do ar diminui quando aumenta a umidade do ar. É evidente, pelas informações fornecidas, que o ar úmido se torna condutor sob ação de um campo elétrico menor, isto é , rigidez dielétrica do ar torna-se menor quando ele contém umidade.
Resposta: É maior do que a do ar. Isto significa que o óleo pode suportar a ação de campos elétricos mais intensos do que o ar, sem tornar-se condutor, ou seja, sua rigidez dielétrica é maior do que do ar.
Resposta: Temos 10 : 10-8=109 ( = 1 bilhão ) portanto, a carga transferida naquele raio é 1 bilhão de vezes
maior do que aquelea que salta na centelha.
Resposta: Não, a intensidade do campo ( rigidez dielétrica) é praticamente a mesma em ambas as regiões. Tanto a pequena centelha quanto o raio ocorrem quando a rigidez dielétrica do ar é ultrapassada. Assim em ambos os casos devemos ter campos elétricos aproximadamente iguais ( um pouco superior a 3 x 106 N/C 27) Uma pessoa encontra-se em campo plano, quando é surpreendida por uma tempestade. Para se proteger da chuva, ela se
esconde sob a copa de uma árvore isolada no meio do campo. Isto é arriscado. Por que? Resposta: Sim. Porque é grande a probabilidade de um raio atingir uma árvore ( ela se comporta como uma ponta). Uma árvore isolada, no meio de um campo plano, se comporta como se fosse uma ponta ( tal como um pára-raios). 28) Um pára-raios, no alto da torre de uma igreja, está situado a 30 m de
altura. Três pessoas, durante uma tempestade, estão às seguintes distâncias da base da torre: 50 m, 40 m e 80 m. Há alguma delas que não está protegida pelo pára-raios? Por que? Resposta: Sim apenas a pessoa a 80 m da torre. Como dissemos, a ação protetora de um pára-raios se estende a uma distância aproximadamente igual ao dobro de sua altura. portanto, apenas a pessoa situada a 80 m da base da torres mencionada não estaria protegida. 29) Há uma crença popular a qual " um raio não cai nunca duas vezes em um mesmo lugar". lembrando-se do "poder das pontas" e do que estudou sobre formação dos raios, você julga que esta crença tem algum fundamento cientifico? Resposta: Não. É evidente que, se ouver uma ponta em um local elevado, haverá probabilidade de que ela seja atingida por raios, sempre que ocorrer uma tempestade. OBSERVAÇÃO Através do relâmpago e do trovão, podemos calcular, de maneira bastante eficiente, a distância que um raio ocorreu. É simples! O som tem uma velocidade de aproximadamente 340m/s. Suponha a velocidade da luz infinita, afinal, comparado com a do som ela é realmente absurda (são quase 300.000km/s). Assim, podemos considerar que quando ocorre o raio, veremos instantaneamente o relâmpago e depois de alguns segundos, ouviremos o trovão. Logo, para calcular a distância do raio, basta multiplicar o tempo decorrido da visualização do raio (relâmpago) até a chegada do som (trovão). De uma forma ainda mais prática, podemos dizer que a cada três segundos de diferença, você estará aproximadamente a 1 km do fenômeno. RESOLVIDO / EQUILÍBRIO ELETROSTÁTICO E BLINDAGEM ELETROSTÁTICA 30) (AFA-RJ) Durante tempestade, um raio atinge um avião em vôo. Pode-se afirmar que a tripulação: (A) não será atingida, pois aviões são obrigados a portar um pára-raios em sua fuselagem. (B) será atingida em virtude de a fuselagem metálica ser boa condutora de eletricidade. (C) será parcialmente atingida, pois a carga será homogeneamente distribuída na superfície interna do avião. (C) não sofrerá dano físico, pois a fuselagem metálica atua como blindagem. Resolução: A descarga elétrica ocorrida irá eletrizar o avião — porém, como sua fuselagem é metálica (bom condutor), essas cargas irão se distribuir na superfície externa, não causando danos aos passageiros. A fuselagem atua como blindagem para o seu conteúdo. Alternativa: D 31) (UFBA) Aviões com revestimento metálico, voando em atmosfera seca, podem atingir elevado grau de eletrização, muitas vezes evidenciado por um centelhamento para a atmosfera, conhecido como fogo-de-santelmo. Nessas circunstâncias é correto afirmar: (01) A eletrização do revestimento dá-se por indução. (02) O campo elétrico no interior do avião causado pela eletrização do revestimento, é nulo. (04) A eletrização poderia ser evitada se o avião fosse revestido com material isolante. (08) O centelhamento ocorre preferencialmente nas partes pontiagudas do avião. (16) O revestimento metálico não é uma superfície equipotencial, pois, se o fosse, não haveria centelhamento. (32) Dois pontos quaisquer no interior do avião estão a um mesmo potencial, desde que não haja outras fontes de campo elétrico. Resolução: (01) Falsa — a eletrização ocorre por atrito. (02) Verdadeira — as cargas elétricas ficam distribuídas pela superfície do condutor, seja ele oco ou maciço (blindagem eletrostática), e consequentemente, o campo elétrico no seu interior é nulo. (04) Falsa — os isolantes também podem ser eletrizados por atrito. (08) Verdadeira — o campo elétrico criado nas partes pontiagudas de um condutor eletrizado, pode assumir valores extremamente altos e provocar um fenômeno eletrostático denominado poder das pontas, que consiste na troca de cargas elétricas entre as pontas do corpo eletrizado e o meio isolante que o envolve. (16) Falsa — o potencial elétrico é o mesmo em todos os pontos da superfície de um condutor em equilíbrio eletrostático, portanto a superfície é eqüipotencial. (32) Verdadeira Internamente o potencial elétrico é constante e igual ao potencial na superfície. R: [02 + 08 + 32] =4 2 32) (UEM-PR) Uma esfera metálica de raio R, isolada, está carregada com uma carga elétrica Q. Seja r a distância do centro da esfera a qualquer ponto dentro (r < R) ou fora (r > R) da esfera. Nessas condições, assinale o que for correto: (01) A carga elétrica se distribui uniformemente em toda a massa da esfera. (02) O campo elétrico e o potencial elétrico são constantes no interior da esfera. (04) Para r > R, o campo elétrico é inversamente proporcional ao quadrado da distância e tem direção perpendicular à superfície da esfera. (08) As eqüipotenciais associadas ao campo elétrico da esfera, para r > R, são superfícies esféricas concêntricas com a esfera e igualmente espaçadas. (16) O potencial elétrico é uma grandeza escalar, enquanto o campo elétrico é uma grandeza vetorial. Dê como resposta a soma dos números que precedem as afirmativas corretas. Resolução: R: [02+04+16] = 22 33) (FMTM-MG) A seção transversal de um condutor em equilíbrio eletrostático carregado positivamente tem uma forma de pêra, conforme mostra a figura. Considere dois pontos A e B em sua superfície e as seguintes informações a seu respeito: I. A e B estão submetidos ao mesmo potencial. II. O vetor campo elétrico tem a mesma intensidade em A e B. III. O vetor campo elétrico resultante no interior do condutor é nulo. Das afirmativas acima: (A) Apenas II está correta. (B) Apenas II e III estão corretas. (C) Apenas I e II estão corretas. (D) Apenas I e III estão corretas. (E) I, II e III estão corretas. Resolução:
III. Verdadeira Alternativa: D 34) (UFMT) Indique a aplicação tecnológica do conceito demonstrado por Faraday, na primeira metade do século XIX, na experiência conhecida como gaiola de Faraday. (A) Isolamento térmico do conteúdo de garrafas térmicas. (B) Atração dos raios em tempestades por pára-raios. (C) Isolamento elétrico promovido pela borracha dos pneus de veículos. (D) Recobrimento com material isolante em cabos utilizados para transporte de energia elétrica. (E) Bloqueio para chamadas de telefone celular em penitenciárias. Resolução: Se uma penitenciária fosse envolvida por uma malha metálica, onde os “buracos” tivessem dimensões menores de 15 cm, não haveria a penetração de campos elétricos em seu interior, tornando-a blindada a ondas eletromagnéticas na faixa da telefonia móvel (da ordem de 1.800MHz). No entanto, isso não é feito pelo alto custo, preferindo-se a utilização da interferência, emitindo-se ondas nessa faixa de freqüência com intensidade muito maior. Alternativa: E 35) (UFSC) Duas esferas condutoras isoladas têm raios R e 2R e estão afastadas por uma distância a. Inicialmente, a esfera maior tem um excesso de carga positiva +q e a menor está neutra. Encosta-se uma esfera na outra e, em seguida, as duas são reconduzidas à posição inicial. Nesta última situação, é CORRETO afirmar que: 01) a força eletrostática entre as esferas é ko(q2/4a2) . 02) a esfera menor tem carga +(1/3)q e a maior, +(2/3)q . 04) o potencial elétrico na esfera maior é a metade do valor do potencial na esfera menor. 08) todo o excesso de carga da esfera menor está localizado na sua superfície. 16) o campo elétrico no interior da esfera menor é nulo. 32) diferença de potencial entre quaisquer dois pontos do interior da esfera maior é diferente de zero. Resolução: 01- Falsa — no contato a carga total do sistema será +q e os potenciais das esferas condutoras na superfície deverão ser os mesmos — m + n = q — onde m e n são as cargas das duas esferas após a separação das mesmas — Ko.m/R = ko.n/(2R) — m = n/(2) — n = 2.m — m + n = q — m + 2.m = q — 3.m = q — m = q/3 e n = 2q/3 — desta forma a força entre as esferas — F = ko.m.n/a2 = ko.(4q2/9)/a2 o que invalida a afirmação (01).
R: [02 + 08 + 16] = 26 36) (PUC-MG) Em dias secos e com o ar com pouca umidade, é comum ocorrer o choque elétrico ao se tocar em um carro ou na maçaneta de uma porta em locais onde o piso é recoberto por carpete. Pequenas centelhas elétricas saltam entre as mãos das pessoas e esses objetos. As faíscas elétricas ocorrem no ar quando a diferença de potencial elétrico atinge o valor de 10.000V numa distância de aproximadamente 1 cm. A esse respeito, marque a opção CORRETA. (A) A pessoa toma esse choque porque o corpo humano é um bom condutor de eletricidade. (B) Esse fenômeno é um exemplo de eletricidade estática acumulada nos objetos. (C) Esse fenômeno só ocorre em ambientes onde existem fiações elétricas como é o caso dos veículos e de ambientes residenciais e comerciais. (D) Se a pessoa estiver calçada com sapatos secos de borracha, o fenômeno não acontece, porque a borracha é um excelente isolante elétrico. Resolução: O atrito da pele das pessoas com objetos isolantes (lã, flanela, papel, plástico) tornam a pele eletrizada — em dias normais, esse excesso de cargas é descarregado no contato com o próprio ar — porém, em dias secos, esse processo torna-se muito lento, acumulando cargas estáticas — no contato com objetos, principalmente metálicos, ocorre uma brusca descarga, que é o choque elétrico Alternativa: B 37) (UCPEL-RS) Considere as afirmativas abaixo. I. A força entre duas cargas elétricas em equilíbrio eletrostático independe do meio onde essas cargas estão imersas. II. Dois bastões de alumínio, um neutro e outro carregado positivamente, são postos em contato e, em seguida, afastados um do outro. Após o afastamento, o que estava neutro perdeu elétrons. III. Dois corpos de mesmo material, inicialmente neutros, são atritados. Ambos se eletrizam com carga de mesmo sinal. IV. Numa superfície equipotencial, as linhas de força serão sempre perpendiculares a qualquer ponto da superfície. V. Para uma esfera metálica carregada positivamente, o campo elétrico no seu interior é constante e maior que zero. Das afirmações acima, pode-se concluir que (A) II e IV estão corretas. (B) I, III e V estão corretas. (C) todas estão corretas. (D) todas estão incorretas. (E) I, II, IV e V estão corretas. Resolução: I. Falsa — essa força é fornecida por F=KQq/d2 e K é uma constante que depende do meio onde as cargas estão imersas. II. Correta — depois do contato o bastão neutro ficou com carga positiva, ou seja, perdeu elétrons. III. Falsa — só se eletrizam se forem de materiais diferentes e na eletrização por atrito terão sempre cargas de mesmo módulo mas sinais contrários. IV. Correta — Define-se superfície equipotencial de um campo elétrico a qualquer superfície em cujos pontos o potencial elétrico é constante. Estas superfícies têm duas propriedades importantes: 1a – A força elétrica durante o deslocamento de uma carga elétrica puntiforme sobre uma superfície equipotencial é nula. 2a – As superfícies equipotenciais são perpendiculares às linhas de força ou linhas de campo elétrico e, conseqüentemente, perpendiculares ao vetor campo elétrico e à qualquer ponto da superfície. . V. Falsa — o campo elétrico em seu interior é nulo — é o potencial elétrico que é constante. Alternativa: A ELETRODINÂMICA Eletrodinâmica- É a parte da Eletricidade responsável pelo estudo das cargas elétricas em movimento. O foco dessa área é a corrente elétrica e os componentes de circuitos elétricos, como capacitores e resistores. Eletromagnetismo- Estuda a relação entre os fenômenos elétricos e magnéticos, tais como campo magnético produzido por cargas elétricas em movimento e campo elétrico produzido pela variação de fluxo magnético. Energia elétrica – É a energia armazenada ou distribuída na forma elétrica. No SI: a mesma da energia, o joule (J). Usina Hidroelétrica Energia Solar CORRENTE ELÉTRICA Corrente elétrica- É o movimento ordenado de elétrons no interior de um condutor. Sentido do campo elétrico X sentido da força elétrica sobres os elétrons:
Intensidade da corrente elétrica - É dada pela razão entre a quantidade Q de carga elétrica transportada que atravessa um secção transversal reta do condutor e o intervalo de tem..t dessa travessia.
DIFERENÇAS ENTRE CORRENTE ALTERNADA (AC) E CORRENTE DIRETA (DC) Impresso em algum local da superfície dos aparelhos elétricos residenciais é possível encontrar as inscrições AC, DC e 60Hz. DC significaDirectCurrent (corrente contínua) - Em um circuito elétrico DC, a corrente circula em apenas um dos sentidos. Contínua– É aquela que mantém seu sentido constante, como, por exemplo, as correntes estabelecidas por baterias de carros e pilhas. AC significa AlternatingCurrent (corrente alternada) - Em um circuito AC, a corrente ora circula em um sentido, ora em outro. Hz ou hertz significa repetições por segundo. Por isso, o valor 60 Hz indica que a corrente elétrica fornecida nas tomadas de nossa casa oscila sessenta vezes por segundo. Alternada– É o tipo de corrente fornecida por usinas hidrelétricas, cuja intensidade e sentido variam periodicamente, usada em residências. Miliampère (mA) Corrente elétrica - Nanoampère (nA) = 106 - Microampère (µA) = 103 - Miliampère (mA) = 1 - Ampère (A) = 10-3 - Kiloampère (kA) = 10-6 - Megaampère (MA) = 10.10-10 - Gigaampère (GA) = 10.10-13 - Abaampère (aA) = 10-4 - Coulumb por segundo (C/s) = 10-3 Intensidade da corrente elétrica i = ΔQ / Δt i = corrente elétrica (A) ΔQ = quantidade de carga (C) Δt = tempos (s) RESOLVIDOS - CORRENTE ELÉTRICA 38) Uma corrente elétrica de intensidade igual a 5 A percorre um fio condutor. Determine o valor da carga que passa através de uma secção transversal em 1 minuto. Resolução:
39) Por um fio condutor metálico passam 2,0.10²0 elétrons durante 4s. Calcule a intensidade de corrente elétrica
que atravessa esse condutor metálico. Resolução: 40) (U.E. Londrina-PR) Pela secção reta de um condutor de eletricidade passam 12,0 C a cada minuto. Nesse condutor, a intensidade da corrente elétrica, em ampères, é igual a: (A) 0,08 Resolução: i =Δq i = 12 i = 0,2 A Alternativa: B 41) (U.E. Maranhão) Uma corrente elétrica com intensidade de 8,0 A percorre um condutor metálico. A carga elementar é |e| = 1,6.10-19 C. Determine o tipo e o número de partículas carregadas que atravessam uma secção transversal desse condutor, por segundo, e marque a opção correta: (A) Elétrons; 4,0.1019 partículas Resolução: 42) (UEL-PR) Leia o texto a seguir. Um raio é uma descarga elétrica na atmosfera. Geralmente, ele começa com pequenas descargas elétricas dentro da nuvem, que liberam os elétrons para iniciar o caminho de descida em direção ao solo. A primeira conexão com a terra é rápida e pouco luminosa para ser vista a olho nu. Quando essa descarga, conhecida como “líder escalonado”, encontra-se a algumas dezenas de metros do solo, parte em direção a ela outra descarga com cargas opostas, chamada de “descarga conectante”. Forma-se então o canal do raio, um caminho ionizado e altamente condutor. É neste momento que o raio acontece com a máxima potência, liberando grande quantidade de luz e som. (Adaptado de: SABA, M. M. F. A Física das Tempestades e dos
Raios. Com base no texto e nos conhecimentos sobre eletrostática, atribua V (verdadeiro) ou F (falso) às afirmativas a seguir. ( ) A maioria das descargas elétricas atmosféricas ocorre quando o campo elétrico gerado pela diferença de cargas positivas e negativas é próximo de zero. ( ) A corrente elétrica gerada pelo raio produz um rápido aquecimento do ar, e sua inevitável expansão produz o som conhecido como trovão. ( ) A corrente elétrica gerada a partir de um raio pode ser armazenada e utilizada, posteriormente, para ligar o equivalente a 1000 lâmpadas de 100 watts. ( ) Para saber a distância aproximada em que um raio caiu, é preciso contar os segundos entre a observação do clarão e o som do trovão. Ao dividir o valor por 3, obtém-se a distância em quilômetros. ( ) A energia envolvida em um raio produz luz visível, som, raios X e ondas eletromagnéticas com frequência na faixa de AM. Assinale a alternativa que contém, de cima para baixo, a sequência correta. (A) V, V, F, F, V. (B) V, F, V, V, F. (C) V, F, F, F, V. (D) F, V, F, V, V. (E) F, F, V, V, F. Resolução: Falsa – Se o campo elétrico gerado pela diferença de cargas fosse próximo de zero, a rigidez dielétrica do ar não seria rompida e as descargas não ocorreriam. Verdadeira – Definição de trovão. Falsa – Não há como armazenar a corrente elétrica de um raio. Verdadeira – Adotando a velocidade do som no ar como 340 m/s, imagine um intervalo de tempo entre a observação do clarão e o som do trovão de 6 s. A distância aproximada da queda do raio seria de 2040 m ou 2,04 km. Ao dividir 6 s por 3, encontramos uma distância aproximada de 2 km. Verdadeira. Alternativa: D 43) (Uncisal) Em um “Carregador de Baterias para Tablet”, encontram-se as seguintes informações. Quanto tempo esse carregador levaria para preencher totalmente a carga de uma bateria nova, completamente descarregada e de capacidade 7000 mAh? (Desconsidere as perdas por efeito Joule) (A) 1,00 h (B) 1,40 h (C) 2,00 h (D) 2,45 h (E) 3,50 h Resolução: Analisando a capacidade da bateria completamente descarregada, temos: 7000 mAh As unidades utilizadas são: m = mile – prefixo multiplicativo = 10 – 3 A = Ampére – Unidade de corrente elétrica que equivale à quantidade de carga elétrica que flui por segundo (C/s) h = 1 h corresponde a 3600 s. Assim, podemos escrever que: Para que a bateria seja recarregada, são necessários 25.200 C de carga. Sabendo que da saída do carregador fluem 2 A de corrente elétrica para a bateria, temos um total de 2 C por segundo entrando na bateria. Assim, são necessários 12.600 s para a carga total. Alternativa: E 44) Considere que a corrente elétrica que flui por um fio após a queda de um raio seja de 50.000 A. Determine o número aproximado de elétrons que passam pela área de seção transversal do fio a cada segundo. Dado: carga do elétron = 1,6 x 10–19C (A) 2,200 . 10 20elétrons (B) 3,125 . 10 23elétrons (C) 4,500. 10 15elétrons (D) 5,000. 10 19elétrons (E) 1,250. 10 23elétrons Resolução: A corrente elétrica é a quantidade de carga elétrica que flui por segundo. Sabendo que a carga elétrica é o produto do número de elétrons pela carga elementar dos elétrons, podemos dizer que: Alternativa: B 45)Determine a corrente elétrica referente à passagem de um trilhão de elétrons pela seção transversal de um fio em apenas 1 segundo. Dado: carga do elétron = 1,6 x 10–19C; 1 trilhão = 10 12 (A) 20 μA (B) 16 μA (C) 10 μA (D) 25 μA (E) 5,0 μA Resolução: A corrente elétrica é a quantidade de carga elétrica que flui por segundo. Sabendo que a carga elétrica é o produto do número de elétrons pela carga elementar dos elétrons, podemos definir que: Alternativa: B 46) A seção normal de um condutor é atravessada pela quantidade de carga ∆Q =1,2.10-3C no intervalo de tempo ∆t = 1,5.10-2s. a) Qual a intensidade da corrente elétrica que atravessa essa seção normal? b) Se os portadores de carga são elétrons, quantos elétrons atravessam essa seção normal nesse intervalo de tempo? Resolução:a) a corrente elétrica é dada por:
logo: b) sabendo que o número de elétrons é dado por: então: 47) um Trovão descarrega um total de 4,7.1028 elétrons durante apenas 0,0000001 segundos. Qual a intensidade de corrente elétrica neste cenário medida no ponto onde o raio caiu? Resolução:1º - Encontrar a intensidade de corrente elétrica que este trovão descarregou que é dada pela fórmula:
Temos que determinar o valor da variação de Carga e da variação do Tempo. 2º - Identificar as informações relevantes do problema apresentado. O Trovão tem uma quantidade de 4,7.1028 de elétrons. Sabemos que cada elétron possui uma carga de 1,6.10-19 C. Ou seja, a carga total deste Trovão será: Assim:
Essa quantidade total de carga elétrica foi descarregada em um intervalo de tempo igual a 0,0000001s, ou seja: 3º- Calcular a intensidade de corrente: Assim: I = 7,52 . 1026A 48) Determine o valor da corrente elétrica que passa por um fio cuja resistência elétrica é de 5Ω e é submetido a uma ddp de 40V: (A) 5 A (B) 6 A (C) 7 A (D) 8 A (E) 1 A Resolução: V = R.i i = V/R V = voltagem (ddp) R = resistência elétrica (Ω) i = corrente elétrica (A) i = 40/5 = 8A Alternativa: A 49)Marque a alternativa INCORRETA em relação aos efeitos da corrente elétrica. (A) efeito joule: absorver calor (B) efeito magnético: gerar campo magnético (C) efeito fisiológico: choque (D) efeito químico: produzir reações químicas (E) efeito luminoso: gerar luz Resolução; Efeito joule gera calor e não o absorve. Alternativa: A 50)(UERJ) Num detector de mentiras, uma tensão de 6V é aplicada entre os dedos de uma pessoa. Ao responder uma pergunta, a resistência entre seus dedos caiu de 400 kΩ para 300 kΩ. Neste caso, a corrente no detector de mentiras apresentou uma variação em µA de? (A) 5 (B) 10 (C) 15 (D) 20 (E) 25 Resolução: 51) (UFG) Nos choque elétricos, as correntes que fluem através do corpo humano podem causar danos biológicos que, de acordo com a intensidade da corrente, são classificados segundo a tabela abaixo. Considerando que a resistência do corpo em situação normal é da ordem de 1500 Ω, em qual das faixas acima se enquadra uma pessoa sujeita a uma tensão elétrica de 220V? (A) I (B) II (C) III (D) IV (E) n.d.a Resolução: EXERCÍCIOS - CORRENTE ELÉTRICA i = ΔQ / Δt i = corrente elétrica (A) ΔQ = quantidade de carga (C) Δt = tempos (s) 51) (UFRS-RS) O gráfico da figura representa a intensidade da corrente elétrica i em um fio condutor, em função do tempo transcorrido t. Calcule a carga elétrica Q que passa por uma seção do condutor nos dois primeiros segundos. Resolução: Quando o gráfico for i x t, a quantidade de carga é igual a área do gráfico. 51) (UNIFOR-CE) Um circuito eletrônico foi submetido a um pulso de corrente indicada no gráfico. Durante esse pulso, a carga elétrica que fluiu no circuito, em coulombs, foi igual a: (A) 1,3 . 10-3 (B) 2,6 . 10-3 (C) 3,0 . 10-3 (D) 6,0 . 10-3 (E) 1,2 . 10-2 Resolução: Quando o gráfico for i x t, a quantidade de carga é igual a área do gráfico. 53) (UEL-PR) O gráfico mostra, em função do tempo t, o valor da corrente elétrica i através de um condutor.
Sendo Q a carga elétrica que circulou no intervalo de tempo de 0 a 4,0, a carga elétrica que circulou no intervalo de tempo de 4,0s a 8,0s foi: (A) 0,25Q (B) 0,40Q (C) 0,5Q (D) 2,0Q (E) 4,0Q Resolução: Quando o gráfico for i x t, a quantidade de carga é igual a área do gráfico. CONDUTORES E ISOLANTES Condutores– Os corpos considerados condutores elétricos possuem excesso de elétrons em sua camada de valência, que é a última camada a receber elétrons em um átomo. Os elétrons presentes na camada de valência são denominados de elétrons livres, e a força de atração entre eles e o núcleo atômico é pequena, logo, eles possuem facilidade de se movimentar pelo material, tornando a substância em questão um bom condutor de eletricidade. De modo geral, os metais são excelentes condutores elétricos.
Isolantes - Eles são também chamados de dielétricos. Os elétrons que formam esses materiais não têm facilidade de movimentação, tendo em vista a forte ligação entre eles e o núcleo atômico. Isopor, borracha, madeira seca, vidro, entre outros, são exemplos de materiais isolantes elétricos.
Semicondutores- Os materiais denominados de semicondutores possuem propriedades elétricas intermediárias entre condutores e isolantes. As condições físicas às quais o material é submetido determinam se ele se comportará como condutor ou como um isolante. Esses materiais são largamente utilizados pela indústria de eletrônicos para a composição de circuitos. O silício e o germânio são exemplos de materiais com essa característica. Supercondutores Os supercondutores são materiais que oferecem baixíssimas resistências à passagem de corrente elétrica Rigidez dielétrica Todos os materiais isolantes elétricos apresentam um máximo de valor de campo elétrico que podem suportar. Se esse valor máximo for ultrapassado, o material, mesmo sendo isolante, passará a se comportar como condutor. Quando isso ocorre, dizemos que a rigidez dielétrica do material foi rompida. Tomando o papel como exemplo, para romper a sua rigidez dielétrica, são necessários 16 kV/mm, ou seja, para que a rigidez do papel seja rompida, são necessários 16000 volts para cada milímetro de substância.
A estrutura atômica dos materias detrmina eles serão condutores ou isolante elétricos. A diferença está na camada de valência (conteúdo abordado em Química). RESOLVIDAS / CONDUTORES E ISOLANTES 54)A respeito da condutividade elétrica e térmica dos materiais, marque a alternativa correta: (A) Somente os metais podem conduzir eletricidade e calor. (B) Em hipótese alguma, um dielétrico pode conduzir corrente elétrica ou calor. (C) Os metais destacam-se como bons condutores elétricos porque possuem excesso de prótons (em sua estrutura atômica. (D) Os materiais que são isolantes elétricos possuem alta condutividade elétrica. (E) Um material é melhor condutor que outro quando possuir valor de condutividade elétrica maior. Resolução: Quanto maior o valor da condutividade elétrica de um material, melhor condutor elétrico ele será. Alternativa: E 55) A resistividade é a grandeza oposta à condutividade elétrica. Sendo assim, a partir dos valores de resistividade elétrica fornecidos abaixo, marque a alternativa correta: (A) O ferro é melhor condutor elétrico que o cobre. (B) De todos os materiais listados, o vidro é o que apresenta maior resistência à passagem de (corrente elétrica. (C) Por ser excelente condutor, o quartzo é muito utilizado na fabricação de relógios. (D) O cobre é o melhor condutor apresentado. (E) A condutividade do alumínio é maior que a do cobre. Resolução: Como o cobre apresenta a menor resistividade de todos os materiais apresentados, isso significa que ele é o melhor condutor nessa lista e apresentará condutividade maior que a de todos os demais materiais. Alternativa: D 56) A respeito do comportamento dos condutores e isolantes, julgue os itens a seguir como verdadeiros e falsos. I. O efeito Joule é a transformação de energia elétrica em energia térmica em virtude das altas velocidades dos elétrons livres ao transitarem pelos condutores. II. Nos isolantes, os elétrons estão fortemente ligados aos átomos e, por isso, não podem mover-se facilmente. III. Os condutores também podem ser chamados de dielétricos. Os metais são bons condutores elétricos por possuírem elétrons livres em excesso. (A) I, II e III são verdadeiros. (B) II é falso. (C) II e IV são verdadeiros. (D) III e IV são verdadeiros. (E) Todos são falsos. Resolução: I. Falso: O efeito Joule está relacionado com as impurezas presentes no material, e não com a velocidade em que os elétrons se movimentam pelo condutor. II. Verdadeiro. III. Falso: Os isolantes também podem ser chamados de dielétricos. IV. Verdadeiro. Alternativa: C 57) A respeito do efeito Joule e da possibilidade de dielétricos conduzirem corrente elétrica, marque a alternativa correta: (A) O efeito Joule expressa a relação entre o calor e o campo magnético gerado em um (condutor. (B) Não existe a possibilidade de um dielétrico conduzir corrente elétrica. (C) Se um dielétrico for submetido a uma alta tensão, existe a possibilidade de sua rigidez dielétrica ser rompida e ele conduzir corrente elétrica. (D) O fenômeno dos raios é possível porque as nuvens atritam-se, gerando eletricidade estática, e os elétrons em excesso aproveitam a alta condutividade do ar e vem até a terra. E) O calor gerado pelo efeito Joule ocorre porque os elétrons livres que formam a corrente elétrica apresentam alta velocidade. Resolução: (A) Errada: O efeito Joule não tem relação com o campo magnético gerado pelo condutor. (B) Errada: Um dielétrico, se submetido a um valor muito alto de tensão elétrica, pode ser (forçado a conduzir corrente elétrica. (C) Correta. (D) Errada: O ar não é condutor elétrico. (E) O calor gerado pelo efeito Joule não está relacionado com a alta velocidade dos elétrons que compõem a corrente elétrica. Alternativa: C 58) (FURG RS) Sobre os núcleos atômicos e seus constituintes, são feitas quatro afirmativas. I. Os núcleos atômicos são constituídos por prótons, nêutrons e elétrons.
(A) Apenas I (B) Apenas II e III (C) Apenas III e IV (D) I, II e IV (E) Apenas I, II, III e IV Resolução: I. Falsa — no núcleo estão concentrados os prótons e nêutrons II. Falsa — possuem massas diferentes III. Correta IV. Correta Alternativa: C 59) (UECE-CE) A matéria, em seu estado normal, não manifesta propriedades elétricas. No atual estágio de conhecimentos da estrutura atômica, isso nos permite concluir que a matéria: (A) é constituída somente de nêutrons. (C) possui maior número de nêutrons que de prótons. (C) possui quantidades iguais de prótons e elétrons. (D) é constituída somente de prótons. Resolução: Quando a matéria não manifesta propriedades elétricas diz-se que ela está eletricamente neutra — um corpo eletricamente neutro possui número de prótons igual ao número de elétrons Alternativa: C 60) (PUC-SP) Não é possível eletrizar uma barra metálica segurando-a com a mão, porque: (A) a barra metálica é isolante e o corpo humano é bom condutor. (B) a barra metálica é condutora e o corpo humano é isolante. (C) tanto a barra metálica como o corpo humano são bons condutores. (D) a barra metálica é condutora e o corpo humano é semicondutor. (E) tanto a barra metálica como o corpo humano são isolantes. Resolução: As cargas elétricas escoam do metal para o corpo humano e depois para o solo, pois todos são bons condutores. Alternativa: C POTÊNCIA ELÉTRICA Potência elétrica - É a quantidade de energia elétrica convertida por unidade de tempo. No SI: watt (W); o mesmo que joules por segundo (J/s). A potência indica o consumo de energia elétrica do aparelho em cada unidade de tempo de seu funcionamento. Corrente elétrica - É o movimento ordenado de elétrons no interior de um condutor. Tensão - É a força que irá movimentar os elétrons pode ser denominada diferença de potencial, força eletromotriz ou ainda tensão elétrica. Observação: quanto maior a potência de um equipamento, maior sera o seu consumo de energia
Relação entre potência e corrente elétrica.
P = potência (W) U = voltagem ou ddp (V) i = corrente elétrica (A) Efeito Joule - É a transformação de energia elétrica em energia térmica, motivada pela passagem de corrente elétrica em um dispositivo. "energia dissipada"
ou P = potência (W) R = resistência elétrica (Ω) i = corrente elétrica (A) U = voltagem ou ddp (V) Eficiência de um equipamento elétrico
Calculo do consumida de energia elétrica por um equipamento ΔE = energia consumida (kWh) P= potência (kW) Δt = tempo (h) i2 = 1000W = 1kW Efeito Joule Damos o nome de efeito joule ao aquecimento de um resistor quando ele é percorrido por uma corrente elétrica. Esse nome foi dado em homenagem ao cientista que realizou os estudos quantitativos do calor produzido em um resistor. Ao estudarmos a potência produzida por um gerador, vimos que ela pode ser determinada pela seguinte equação: P = U . i Essa potência pode ser recebida por um dispositivo qualquer: um resistor, um motor elétrico etc. Quando ela é recebida por um resistor, podemos expressá-la em função da resistência R do resistor. Vale ressaltar que: U = R . i ou i = U/R Percebemos que isso pode ser feito de dois modos: P = U .i ⇒ P = (R .i).i ⇒ P = R .i2 ou EXERCÍCIOS DE FIXAÇÃO 01) (IFSP) Ao entrar em uma loja de materiais de construção, um eletricista vê o seguinte anúncio: ECONOMIZE: Lâmpadas fluorescentes de 15 W têm a mesma luminosidade (iluminação) que lâmpadas incandescentes de 60 W de potência. De acordo com o anúncio, com o intuito de economizar energia elétrica, o eletricista troca uma lâmpada incandescente por uma fluorescente e conclui que, em 1 hora, a economia de energia elétrica, em kWh, será de (A) 0,015. (C) 0,025. (C) 0,030. (D) 0,040. (E) 0,045. Resolução: Da equação do consumo de energia temos: E = P . Δt EFLUORECENTE = 0,015x1 = 0,015 EINCANDECENTE = 0,060x1 = 0,060 Economia = 0,060 – 0,015 = 0,045 As potências foram divididas por 1000, sendo transformadas em Kw. Alternativa: E 02) (PUC MG) A geração de energia elétrica através da luz se dá pelo uso de células fotossensíveis, chamadas de células solares fotovoltaicas. As células fotovoltaicas em geral são constituídas de materiais semicondutores, com características cristalinas e depositadas sobre sílica. Essas células, agrupadas em módulos ou painéis, compõem os painéis solares fotovoltaicos. A quantidade de energia gerada por um painel solar é limitada pela sua potência, ou seja, um painel de 145 W, com seis horas úteis de sol, gera aproximadamente 810 Watts por dia. Fonte http://www.sunlab.com.br/Energia_solar_Sunlab.htm Assinale o número de horas em que o painel acima consegue manter acesa uma lâmpada fluorescente de 9 Watts. (A) 9 h (B) 18 h (C) 58 h (D) 90 h Resolução: Com os dados do exercício, podemos calcular a energia fornecida pelo painel elétrico por meio da definição de potência: P = E Dessa forma, temos que: E = 810.24 = 19440 W.h De forma similar, o consumo de energia de uma lâmpada durante um dia é igual a: E = 9.24 = 216 W.h Igualando a quantidade de energia gerada pelos painéis com o consumo de energia das lâmpadas, temos: 19440 = 216.t t = 90 h Logo, quando ligadas ao painel, as lâmpadas funcionam durante 90h. Alternativa: D 03) Determine a energia consumida mensalmente por um chuveiro elétrico de potência 4000W em uma residência onde vivem quatro pessoas que tomam, diariamente, 2 banhos de 12 min. Dê sua resposta em Kwh. (A) 192 (B) 158 (C) 200 (D) 300 (E) 90 Resolução: Da equação da energia consumida temos que E = P x Δt Sabendo que são 8 banhos com duração total de 96 min (1,6h) e considerando os 30 dias do mês, temos: E = 4000 . 1,6 . 30 = 192.000 = 192 Kwh Alternativa: A 04) Sobre um resistor de 100 Ω passa uma corrente de 3 A. Se a energia consumida por este resistor foi de 2Kwh, determine aproximadamente quanto tempo ele permaneceu ligado à rede. (A) 15h (B) 1,5h (C) 2h (D) 3 h (E) 6h Resolução: Da equação da energia consumida temos que E = P Δt Potência pode ser definida como P = R . i2 Portanto: E = R.i2 . Δt 2000 w.h = 100 . 32 . Δt 2000 w.h = 900 w . Δt Δt = 2,2h Alternativa: C 05) (Enem) Quando ocorre um curto-circuito em uma instalação elétrica, como na figura, a resistência elétrica total do circuito diminui muito, estabelecendo-se nele uma corrente muito elevada. O superaquecimento da fiação, devido a esse aumento da corrente elétrica, pode ocasionar incêndios, que seriam evitados instalando-se fusíveis e disjuntores que interrompem essa corrente, quando a mesma atinge um valor acima do especificado nesses dispositivos de proteção. Suponha que um chuveiro instalado em uma rede elétrica de 110 V em uma residência possua três posições de regulagem da temperatura da água. Na posição verão, utiliza 2100 W; na posição primavera, 2400 W; e na posição inverno, 3200 W. GREF. Física 3: Eletromagnetismo. São Paulo: EDUSP, 1993 (adaptado). Deseja-se que o chuveiro funcione em qualquer uma das três posições de regulagem de temperatura, sem que haja riscos de incêndio. Qual deve ser o valor mínimo adequado do disjuntor a ser utilizado? (A) 40 A (B) 30 A (C) 25 A (D) 23 A (E) 20 A Resolução: Vamos utilizar a maior potência de operação do chuveiro para o cálculo. Fazendo isso, descobriremos qual é a maior corrente que pode atravessá-lo. Com base na resposta e nas alternativas, percebe-se que é o fusível a ser utilizado deve ser de 30 A. Alternativa: B 06) (Enem) Todo carro possui uma caixa de fusíveis, que são utilizados para proteção dos circuitos elétricos. Os fusíveis são constituídos de um material de baixo ponto de fusão, como o estanho, por exemplo, e se fundem quando percorridos por uma corrente elétrica igual ou maior do que aquela que são capazes de suportar. O quadro a seguir mostra uma série de fusíveis e os valores de corrente por eles suportados. Um farol usa uma lâmpada de gás halogênio de 55 W de potência que opera com 36 V. Os dois faróis são ligados separadamente, com um fusível para cada um, mas, após um mau funcionamento, o motorista passou a conectá-los em paralelo, usando apenas um fusível. Dessa forma, admitindo-se que a fiação suporte a carga dos dois faróis, o menor valor de fusível adequado para proteção desse novo circuito é o: (A) azul (B) preto (C) laranja (D) amarelo (E) vermelho Resolução: Inicialmente calcularemos a corrente elétrica em cada farol usando uma das fórmulas de potência: Com os dois faróis ligados ao mesmo fusível, teremos o dobro da corrente elétrica. Observe: Com base no cálculo, vimos que a corrente elétrica é de aproximadamente 3 A. Com base nisso, o fusível a ser utilizado deve ser o fusível laranja, de 5 A, uma vez que, se colocarmos um fusível mais fraco, ele queimará. Alternativa: C. 07) (UERGS – PR) Um chuveiro elétrico está instalado numa casa onde a rede elétrica é de 110 V. Um eletricista considera aconselhável alterar a instalação elétrica para 220 V e utilizar um chuveiro de mesma potência que o utilizado anteriormente, pois, com isso, o novo chuveiro: (A) consumirá mais energia elétrica. (B) consumirá menos energia elétrica. (C) será percorrido por uma corrente elétrica maior (D) será percorrido por uma corrente elétrica menor (E) dissipará maior quantidade de calor. Resolução: Sendo a potência elétrica dada pela expressão P = V . i, temos: I = P/V Como a potência dissipada pelos chuveiros é a mesma, então concluímos que quanto maior a diferença de potencial V, menor é a intensidade da corrente. Alternativa: D 08) O chuveiro de uma residência fica ligado durante meia hora por dia na posição inverno, cuja potência é 5.400W. Se uma pessoa acostumada a utilizar o chuveiro resolve economizar energia e passa a utilizá-lo apenas por 15 minutos e na posição verão, quando a potência é 3.000 W, qual será a economia de energia elétrica dessa residência durante um mês? Resolução: O consumo do chuveiro na posição inverno é determinado por: Ec = P . t Ec = 5400 w . 0,5 h . 30 dias = 81.000 wh = 81Kwh O consumo do chuveiro na posição verão é determinada por: Ec' = P . t Ec' = 3000 w . 0,25 h . 30 dias = 22.500 wh = 22,5 Kwh A economia pode ser dada por Ec - Ec', portanto : 81 Kwh - 22,5 Kwh = 58,5 Kwh 09) A tabela a seguir mostra os principais eletrodomésticos e suas quantidades em uma residência com quatro pessoas, a potência elétrica de cada equipamento e o tempo mensal de funcionamento em horas. Supondo que a companhia de energia elétrica cobre R$ 0,50 por cada KWh consumido, determine o custo mensal da energia elétrica para essa residência. (A) R$ 215,00 (B) R$ 178,25 (C) R$ 355,00 (D) R$ 329,30 (E) R$ 274,40 Resolução: A equação para o consumo de energia mostra que a energia elétrica consumida é dada pelo produto da potência em KW e o tempo de uso em horas. Sendo assim, temos: E = P . Δt Essa equação deve ser aplicada para cada um dos aparelhos indicados na tabela. Os valores das potências devem ser divididos por 1000 para serem transformados em KW. Sendo assim, temos:
O consumo total de energia elétrica será dado pela soma das energias de cada equipamento: ETOTAL = 165 + 10 + 360 + 120 + 3,6 = 658,6 KWh Como o preço de cada KWh é de R$ 0,50, o valor a ser pago será de: 658,6. 0,50 = R$ 329,3 Alternativa: D 10)O chuveiro elétrico de uma residência possui potência elétrica equivalente a 5000 W. Sabendo que nessa casa moram cinco pessoas e que cada uma toma dois banhos diários de 15 min, determine o consumo de energia elétrica mensal em KWh correspondente ao chuveiro. (A) 150 KWh (B) 250 KWh (C) 475 KWh (D) 300 KWh (E) 375 KWh Resolução: Primeiramente, faz-se necessário saber quanto tempo o chuveiro é utilizado por mês. Há um total de 10 banhos por dia com duração de 15 min cada, logo, são 150 min por dia e 4500 min por mês (150 x 30 = 4500). Sabendo que 60 min são 1h, deve-se dividir o tempo total por 60 para se ter o valor em horas: Δt = 4500 ÷ 60 = 75 h Conhecendo a potência do chuveiro, podemos determinar a energia consumida pela seguinte equação: E = P . Δt A potência do chuveiro deve ser dividida por 1000 para ser transformada em KW, logo, temos: E = 5. 75 = 375 KWh Alternativa: E 11)(ENEM) Entre as inúmeras recomendações dadas para a economia de energia elétrica em uma residência, destacamos as seguintes: Substitua lâmpadas incandescentes por fluorescentes compactas. Evite usar o chuveiro elétrico com a chave na posição “inverno” ou “quente”. Acumule uma quantidade de roupa para ser passada a ferro elétrico de uma só vez. Evite o uso de tomadas múltiplas para ligar vários aparelhos simultaneamente. Utilize, na instalação elétrica, fios de diâmetros recomendados às suas finalidades. A característica comum a todas essas recomendações é a proposta de economizar energia através da tentativa de, no dia a dia, reduzir (A) a potência dos aparelhos e dispositivos elétricos. (B) o tempo de utilização dos aparelhos e dispositivos. (C) o consumo de energia elétrica convertida em energia térmica. (D) o consumo de energia térmica convertida em energia elétrica. (E) o consumo de energia elétrica através de correntes de fuga. Resolução: Todas as recomendações citadas no enunciado da questão fazem referência à diminuição da quantidade de energia elétrica transformada em calor por meio do fenômeno denominado de efeito Joule. Esse efeito consiste na transformação de eletricidade em calor e é responsável pelo alto consumo de energia elétrica. Alternativa: C 12) (ENEM) Podemos estimar o consumo de energia elétrica de uma casa considerando as principais fontes desse consumo. Pense na situação em que apenas os aparelhos que constam na tabela abaixo fossem utilizados diariamente da mesma forma. Tabela: A tabela fornece a potência e o tempo efetivo de uso diário de cada aparelho doméstico. Supondo que o mês tenha 30 dias e que o custo de 1 KWh é de R$0,40, o consumo de energia elétrica mensal dessa casa é dem aproximadamente: (A) R$135. (B) R$165. (C) R$190. (D) R$210. (E) R$230. Resolução: A equação para o consumo de energia mostra que a energia elétrica consumida é dada pelo produto da potência em KW e o tempo de uso em horas. Sendo assim, temos: E = P . Δt Essa equação deve ser aplicada para cada um dos aparelhos indicados na tabela. O tempo de uso indicado deve ser multiplicado por 30 para que o consumo mensal seja considerado. Ar-condicionado: EARC = 1,5. 240 = 360 KWh Chuveiro: ECHUVEIRO = 3,3.10 = 33 KWh Freezer: EFREEZER = 0,2.300 = 60 KWh Geladeira: EGELADEIRA = 0,35.300 = 105 KWh Lâmpadas: ELAMPADÂS = 0,10.180 = 18 KWh O consumo total de energia elétrica é dado pela soma das energias de cada equipamento: ETOTAL = 360 + 33 + 60 + 105 + 18 = 576 KWh Como o preço de cada KWh é de R$ 0,40, o valor a ser pago é de: 576 KWh. 0,40 = R$ 230,4 Alternativa: E 13)(Unesp) Uma lâmpada incandescente (de filamento) apresenta em seu rótulo as seguintes especificações: 60 W e 120V. Determine: a) a corrente elétrica i que deverá circular pela lâmpada, se ela for conectada a uma fonte de 120V. b) a resistência elétrica R apresentada pela lâmpada, supondo que ela esteja funcionando de acordo com as especificações. Resolução a)Os dados do exercício são a potência elétrica e a tensão elétrica da lâmpada. P = 60 W U = 120V Para encontrar a corrente elétrica com estes dados utilizamos a equação da potência elétrica em um resistor. P = U.i i = P / U i = 60 / 120 i = 0,5 A b)Agora que temos a corrente elétrica utilizamos a equação do resistor para encontrarmos o valor da resistência elétrica. U = R.i R = U / i R = 120 / 0,5 R = 240Ω 14) Quando conectado a uma diferença de potencial de 20 V, um resistor passa a ser percorrido por uma corrente elétrica de 0,5 A. Em relação a esse resistor, determine: a) a potência por ele dissipada. b) sua resistência elétrica. Resolução: a) Para calcular a potência dissipada por esse resistor, usaremos a seguinte equação: b) Para calcularmos a resistência elétrica desse resistor, usaremos a fórmula abaixo. Confira: 15) Um resistor de resistência elétrica constante e igual a 10 Ω é atravessado por uma corrente elétrica de 2 A, durante um intervalo de tempo de 60 minutos. Determine a quantidade de energia elétrica dissipada por esse resistor durante esse intervalo de tempo. Resolução: Para resolvermos o exercício, usaremos a fórmula da lei de Joule. Além disso, é necessário lembrar que o intervalo de tempo utilizado nessa fórmula é definido em segundos, por isso, é preciso usar o tempo de 3600 s, em vez de 60 minutos. RESOLVIDA - POTÊNCIA ELÉTRICA 61) (IFSP) Ao entrar em uma loja de materiais de construção, um eletricista vê o seguinte anúncio: ECONOMIZE: Lâmpadas fluorescentes de 15 W têm a mesma luminosidade (iluminação) que lâmpadas incandescentes de 60 W de potência. De acordo com o anúncio, com o intuito de economizar energia elétrica, o eletricista troca uma lâmpada incandescente por uma fluorescente e conclui que, em 1 hora, a economia de energia elétrica, em kWh, será de (A) 0,015. (B) 0,025. (C) 0,030. (D) 0,040. (E) 0,045. Resolução: Da equação do consumo de energia temos: E = P . Δt Fluorescente = 0,015.1 = 0,015 Incandescente = 0,060.1 = 0,060 Economia = 0,060 – 0,015 = 0,045 As potências foram divididas por 1000, sendo transformadas em Kw. Alternativa: E 62) (PUC MG) A geração de energia elétrica através da luz se dá pelo uso de células fotossensíveis, chamadas de células solares fotovoltaicas. As células fotovoltaicas em geral são constituídas de materiais semicondutores, com características cristalinas e depositadas sobre sílica. Essas células, agrupadas em módulos ou painéis, compõem os painéis solares fotovoltaicos. A quantidade de energia gerada por um painel solar é limitada pela sua potência, ou seja, um painel de 145 W, com seis horas úteis de sol, gera aproximadamente 810 Watts por dia. Fonte http://www.sunlab.com.br/Energia_solar_Sunlab.htm Assinale o número de horas em que o painel acima consegue manter acesa uma lâmpada fluorescente de 9 Watts. (A) 9h (B) 18h (C) 58h (D) 90h (E) 100h Resolução: Em um dia, o consumo da lâmpada fluorecente é : E = P . Δt E = 9 . 24 = 216 W.h A produção de energia diária do painel é: E = P . Δt E = 810 . 24 = 19.440 Wh Então, dividindo a energia total produzida pelo painel pelo gasto da lâmpada teremos um total de 90 h. Alternativa: D 63) Determine a energia consumida mensalmente por um chuveiro elétrico de potência 4000W em uma residência onde vivem quatro pessoas que tomam, diariamente, 2 banhos de 12 min. Dê sua resposta em Kwh. (A) 192 (B) 158 (C) 200 (D) 300 (E) 90 Resolução: Da equação da energia consumida temos que: E = P . Δt Sabendo que são 8 banhos com duração total de 96 min (1,6h) e considerando os 30 dias do mês, temos: E = 4000 . 1,6 . 30 = 192.000 = 192 Kwh Alternativa: A 64)Sobre um resistor de 100 Ω passa uma corrente de 3 A. Se a energia consumida por este resistor foi de 2kWh, determine aproximadamente quanto tempo ele permaneceu ligado à rede. (A) 15h (B) 1,5h (C) 2h (D) 3 h (E) 6h Resolução: Da equação da energia consumida temos que E = P . Δt Potência pode ser definida como P = R.i2 Portanto: E = R.i2 . Δt 2000 w.h = 100 . 32 . Δt 2000 w.h = 900 w . Δt Δt = 2,2h Alternativa: C 65) (Unesp) Uma lâmpada incandescente (de filamento) apresenta em seu rótulo as seguintes especificações: 60W e 120V. Determine: a) a corrente elétrica i que deverá circular pela lâmpada, se ela for conectada a uma fonte de 120V. Resolução: a) Os dados do exercício são a potência elétrica e a tensão elétrica da lâmpada. P = 60 W U = 120V Os dados do exercício são a potência elétrica e a tensão elétrica da lâmpada. P = 60 W U = 120V Para encontrar a corrente elétrica com estes dados utilizamos a equação da potência elétrica em um resistor. P = U.i i = P / U i = 60 / 120 i = 0,5 A b) a resistência elétrica R apresentada pela lâmpada, supondo que ela esteja funcionando de acordo com as especificações. Resolução: b) Agora que temos a corrente elétrica utilizamos a equação do resistor para encontrarmos o valor da resistência elétrica. U = R.i R = U / i R = 120 / 0,5 R = 240Ω 66) (UERGS – PR) Um chuveiro elétrico está instalado numa casa onde a rede elétrica é de 110V. Um eletricista considera aconselhável alterar a instalação elétrica para 220V e utilizar um chuveiro de mesma potência que o utilizado anteriormente, pois, com isso, o novo chuveiro: (A) consumirá mais energia elétrica. (B) consumirá menos energia elétrica. (C) será percorrido por uma corrente elétrica maior (D) será percorrido por uma corrente elétrica menor (E) dissipará maior quantidade de calor. Resolução: Sendo a potência elétrica dada pela expressão P = V . i, temos: I = P/V Como a potência dissipada pelos chuveiros é a mesma, então concluímos que quanto maior a diferença de potencial V, menor é a intensidade da corrente. Alternativa: B 67)Um resistor, submetido à diferença de potencial de 8,0 V, é percorrido por uma corrente elétrica de intensidade i = 0,4 A. Determine: a) a potência dissipada por esse resistor; Resolução: Podemos utilizar a expressão P = V . i P = 8 . 0,4 P = 3,2 W b) a potência dissipada por esse resistor quando ele é percorrido por uma corrente de intensidade i = 2,0 A, supondo que sua resistência seja constante. Resolução: Primeiramente, devemos encontrar o valor da resistência elétrica que é dado pela expressão: Em seguida, substituem-se os valores Agora utilizamos a expressão: Substituindo os valores, temos: P = 20 . 22 P = 80 W 68) (PUC- MG) Ao aplicarmos uma diferença de potencial 9,0 V em um resistor de 3,0Ώ, podemos dizer que a corrente elétrica fluindo pelo resistor e a potência dissipada, respectivamente, são: (A) 1,0 A e 9,0 W (B) 2,0 A e 18,0 W (C) 3,0 A e 27,0 W (D) 4,0 A e 36,0 W (E) 5,0 A e 45,0 W Resolução: A potência elétrica em função da tensão elétrica é dada por: Substituindo os valores, temos: E em função da corrente elétrica é P = V . i Alternativa: C 69)O chuveiro de uma residência fica ligado durante meia hora por dia na posição inverno, cuja potência é 5.400W. Se uma pessoa acostumada a utilizar o chuveiro resolve economizar energia e passa a utilizá-lo apenas por 15 minutos e na posição verão, quando a potência é 3.000 W, qual será a economia de energia elétrica dessa residência durante um mês? Resolução: O consumo do chuveiro na posição inverno é determinado por: Ec = P.t. Ec = 5400 w . 0,5 h . 30 dias = 81.000 wh = 81Kwh O consumo do chuveiro na posição verão é determinada por: Ec'= P.t. Ec' = 3000 w . 0,25 h . 30 dias = 22.500 wh = 22,5 Kwh A economia pode ser dada por Ec - Ec', portanto : 81 Kwh - 22,5 Kwh = 58,5 Kwh 70) (ENEM) Podemos estimar o consumo de energia elétrica de uma casa considerando as principais fontes desse consumo. Pense na situação em que apenas os aparelhos que constam da tabela abaixo fossem utilizados diariamente da mesma forma. A tabela fornece a potência e o tempo efetivo de uso diário de cada aparelho doméstico.
Supondo que o mês tenha 30 dias e que o custo de 1KWh é de R$0,40, o consumo de energia elétrica mensal dessa casa, é de aproximadamente: (A) R$135 (B) R$165 (C) R$190 (D) R$210 (E) R$230 Resolução: Vimos no texto sobre a Lei de Joule que a energia elétrica (em kWh) transformada em energia térmica é data por potência (em kW) vezes o intervalo de tempo de uso (em h). Eel = P . ∆t Utilizando a tabela podemos estimar a energia elétrica para cada aparelho diariamente. Eel = 1,5.8 + 3,3.(1/3) + 0,2.10 + 0,35.10+ 0,10.6 Eel = 12 + 1,1 + 2 + 3,5 + 0,60 Eel = 19,20 kWh Neste ponto é importante lembrar que a tabela nos fornece um valor diário para o consumo de energia elétrica. Pra chegarmos ao consumo mensal devemos multiplicar por 30, já que no enunciado o mês tem 30 dias. Eel = 19,20 . 30 Eel = 576 kWh Agora sim! Sabendo que 1 kwh custa R$ 0,40, concluímos que o consumo mensal será 576 vezes 0,40. 576 . 0,40 = R$ 230,40 ≅ R$ 230,00 Alternativa: E FORÇA ENTRE CARGAS ELÉTRICAS Força entre duas cargas - A intensidade da força de interação entre duas cargas elétricas puntiformes é proporcional ao produto das cargas e inversamente proporcional ao quadrado da distância entre elas. F = força (N) k = constante eletrostática no vácuo (9 . 109N . m2/C2 ) |Q1| = módulo da carga 1 (C) |Q2| = módulo da carga 2 (C) d = distância entre as cargas (m) RESOLVIDAS - FORÇA ENTRE CARGAS ELÉTRICAS 71) (CESGRANRIO) A lei de Coulomb afirma que a força de intensidade elétrica de partículas carregadas é proporcional: I. às cargas das partículas; II. às massas das partículas; III. ao quadrado da distância entre as partículas; IV. à distância entre as partículas. Das afirmações acima (A) somente I é correta; (B) somente I e III são corretas; (C) somente II e III são corretas; (D) somente II é correta; (E) somente I e IV são corretas. Resolução: A Lei de Coulomb é escrita matematicamente da seguinte forma: F
= K0.Q1.Q2 A partir dessa equação, vemos que a força elétrica é diretamente proporcional ao valor das cargas elétricas que interagem e inversamente proporcional ao quadrado da distância entre elas. Alternativa: A 72) (UF - JUIZ DE FORA) Duas esferas igualmente carregadas, no vácuo, repelem-se mutuamente quando separadas a uma certa distância. Triplicando a distância entre as esferas, a força de repulsão entre elas torna-se: (A) 3 vezes menor (B) 6 vezes menor (C) 9 vezes menor (D) 12 vezes menor (E) 9 vezes maior Resolução: A força elétrica é dada pela expressão: F = K0.Q1.Q2 Aumentando a distância de d para 2d, a força elétrica passa a ser: F' = K0.Q1.Q2 Resolvendo o denominador da equação, encontramos: F' = K0.Q1.Q2 9d2 Assim, podemos reescrever que: F'
= F Ou seja, se triplicarmos a distância, a força elétrica será nove vezes menor. Alternativa: C 73)Duas cargas puntiformes igualmente carregadas com carga elétrica de 3μC estão afastadas uma da outra por uma distância igual a 3 cm e no vácuo. Sabendo que K0 = 9.109 N.m2/C2, a força elétrica entre essas duas cargas será: (A) de repulsão e de intensidade de 27 N (B) de atração e de intensidade de 90 N (C) de repulsão e de intensidade de 90 N (D) de repulsão e de intensidade de 81 N (E) de atração e de intensidade de 180 N Resolução: Dados: K0 = 9.109 N.m2/C2 Utilizamos a equação: F = K0.Q1.Q2 Substituindo os dados, temos: F = 9.109. 3.10-6. 3.10-6 F = 81. 10-3 F = 90 N Como as duas cargas são idênticas, elas têm o mesmo sinal, portanto, a força é de repulsão, visto que cargas com sinais iguais repelem-se. Alternativa: C
A intensidade da força elétrica que atua sobre a esfera é: (A) 10 . 10-10N (B) 2,5. 10-10N (C) 1 . 10-10N (D) 2,5 . 10-8N (E) 50 . 10-9N Resolução: Dados: E = 5 N/C Usamos a equação: F = E.Q F = 5 . 5.10-9 F = 25 . 10-9 N F = 2,5 . 10-8N Alternativa: D 75) Calcule a intensidade da força elétrica de repulsão entre duas cargas puntiformes 3.10-5 e 5.10-6 que se encontram no vácuo, separadas por uma distância de 15cm. Resolução:
76) Uma esfera recebe respectivamente cargas iguais a 2μC e -4μC, separadas por uma distância de 5 cm. a) Calcule o módulo da força de atração entre elas. Resolução: b) Se colocarmos as esferas em contato e depois as afastarmos por 2 cm, qual será a nova força de interação elétrica entre elas? Resolução: Na eletrização por contato a carga final de cada esfera será: Q = Q1 + Q2 Q = 2 . 10-6 + (-4 . 10-6) Q = - 1. 10-6 C A força elétrica é dada pela fórmula: F = K0 . Q.Q F =
9.109.1. 10-6.1. 10-6 F = 9 . 10-3 F = 2,25 . 101 N F = 2,25 . 10 = 22,5 N 77) Estando duas cargas elétricas Q idênticas separadas por uma distância de 4m, determine o valor destas cargas sabendo que a intensidade da força entre elas é de 200 N. Resolução:
78) (UEG) Duas cargas elétricas puntiformes positivas Q1 e Q2, no vácuo interagem mutuamente através de uma força cuja intensidade varia com a distância entre elas, segundo o diagrama abaixo. A carga Q2 é o quádruplo de Q1. O valor de Q2 é (A) 1,5 μC Resolução:
79)Duas cargas puntiformes iguais a 5. 10-6 e -4. 10-6 C se encontram no vácuo e estão separadas por uma distância de 3 metros. Determine a força elétrica existente entre elas. (Dado: Ko = 9.109 N.m² /C²) Resolução: 80) (UNIFESP-SP) Duas partículas de cargas elétricas Dados: q‚ = 6,0 × 10-16 C estão separadas no vácuo por uma distância de 3,0.10-9m. Sendo k = 9,0.109 N.m2/C2, a intensidade da força de interação entre elas, em newtons, é de (A) 1,2.10-5. Resolução F = (k . Q1 . Q2) / d2 F = (9,0×109 . 4,0 × 10-16 . 6,0 × 10-16) / (3,0×10-9)2 F = (9,0×109 . 4,0 × 10-16 . 6,0 × 10-16) / (3,0×10-9 . 3,0×10-9) F = (3,0×109 . 4,0 × 10-16 . 2,0 × 10-16) / (10-18 ) F = (24×109× 10-16× 10-16) / (10-18 ) F = (24×10-23) / (10-18 ) F = 24×10-5 F = 2,4×10-4 N 81) (UEL-PR) Duas cargas iguais de 2.10-6C, se repelem no vácuo com uma força de 0,1N. Sabendo-se que a constante elétrica do vácuo é 9,0.109 N.m2/C2, a distância entre as cargas, em metros, é de: (A) 0,9 F = (k . Q1 . Q2) / d2 d2 = (9.109 . 2.10-6 . 2.10-6) /0,1 d2 = (36 . 10-3) / 10-1 d2 = 36 . 10-2 d = 6 . 10-1 d = 0,6 m 82) (PUC-MG) Duas cargas elétricas puntiformes são separadas por uma distância de 4,0 cm e se repelem mutuamente com uma força de 3,6 × 10-5 N. Se a distância entre as cargas for aumentada para 12,0 cm, a força entre as cargas passará a ser de: (A) 1,5 × 10-6 N Resolução
F' d'2 = k . Q1 . Q2) F' . d'2 =F. d2 F' = F. d2 /d'2 F' = (3,6 × 10-5 . (4 × 10-2)2 ) / (12 × 10-2)2 F' = (3,6 × 10-5 . 4 × 10-2. 4 × 10-2) / (12 × 10-2 . 12 × 10-2) F' = (3,6 × 10-5) / (3 × . 3 ) F' = 0,4 × 10-5 F' = 4 × 10-6 N 83) (UF JUIZ DE FORA) Duas esferas igualmente carregadas, no vácuo, repelem-se mutuamente quando separadas a uma certa distância. Triplicando a distância entre as esferas, a força de repulsão entre elas torna-se: (A) 3 vezes menor Resolução F = (k . Q1 . Q2) / d2 F' = (k . Q1 . Q2) / (3d)2 F' = (k . Q1 . Q2) / 9d2 F' = F/9 F' é 9 vezes menor que F
(A) F' = 4 . F Resolução F = (k . Q1 . Q2)/d2 F' = (k . 2Q1 . 2Q2) / (2d)2 F' = 4.(k . Q1 . Q2) / 4d2 F' = (k . Q1 . Q2) / d2 F' = F
(A) F' = 4 . F (E) F' = 10 . F Resolução F = (k . Q1 . Q2) / d2
F' = (k . 2Q1 . Q2) / (d2 / 4) F' = 4.(k . 2Q1 . Q2) / d2 F' = 8.(k . Q1 . Q2) / d2 F' = 8F CAMPO ELÉTRICO Campo Elétrico - É o campo de força provocado pela ação de cargas elétricas, (elétrons, prótons ou íons) ou por um sistemas delas. Cargas elétricas num campo elétrico estão sujeitas e provocam forças elétricas.
E = intensidade do campo elétrica (N/C) F = força do campo elétrico (N) q = quantidade de carga (C) Campo Elétrico de uma Carga Pontual– É o campo estabelecido em todos os pontos do espaço sob a influência de uma carga geradora de intensidade Q, de forma que qualquer carga de prova de intensidade q fica sujeita a uma força de interação (atração ou repulsão) exercida por Q.
Observação: se Q for positivo o vetor campo elétrico é de afastamento. Se Q for negativo, o vetor campo elétrico é de aproximação: Campo elétrico de várias cargas pontuais - É o campo elétrico gerado por várias cargas do mesmo campo elétrico, com isso podemos perceber que em todos os pontos do campo elétrico, o seu vetor resultante é dado a partir da soma de todos os vetores que são gerados pelas cargas naquele ponto. Campo elétrico de uma esfera carregada - Um campo elétrico formado por uma esfera condutora, em equilíbrio eletrostático e isolada de outras cargas, distribui-se uniformemente pela sua superfície, devido à repulsão elétrica. Campo elétrico no interior e na superfície do condutor - O campo elétrico no interior de um condutor é nulo e o campo elétrico na vizinhança de um condutor eletrizado em equilíbrio é perpendicular à sua superfície, qualquer que seja seu format. E = intensidade do campo elétrica (N/C) F = força do campo elétrico (N) q = quantidade de carga (C) d = distância entre as cargas (m) ko = 9.109 N.m2/C2 (contante eletrostática no vácuo) RESOLVIDOS / CAMPO ELÉTRICO 87) Leia as afirmativas abaixo e julgue-as quanto a (C) certas ou (E) erradas e, em seguida, marque a alternativa correta. I – O campo elétrico gerado numa região do espaço depende exclusivamente da carga fonte e do meio. II – Em torno de uma carga sempre haverá um campo elétrico. III – Se o campo elétrico de uma região não variar com o decorrer do tempo, ele será chamado de campo eletrostático. (A) CEC (B) CCE (C) EEC (D) EEE (E) CCC Resolução: Alternativa: E 88) O campo elétrico criado por uma carga pontual, no vácuo, tem intensidade igual a 9.10-1 N/C. Calcule a que distância d se refere o valor desse campo. (dados: Q = -4 pC e ko = 9.109 unidades SI). (A) 0,02 m (B) 0,2 m (C) 0,4 m (D) 0,6 m (E) 0,002 m Resolução:
89) (Mackenzie-SP) A intensidade do campo elétrico, num ponto situado a 3,0 mm de uma carga elétrica puntiforme Q = 2,7 µC no vácuo (ko = 9.109 N.m2/C2) é: (A) 2,7 . 103N/C (B) 8,1 . 103N/C (C) 2,7 . 106N/C (D) 8,1 . 106N/C (E) 2,7 . 109N/C Resolução: 90) (PUC-SP) Seja Q (positiva) a carga gerada do campo elétrico e q a carga de prova em um ponto P, próximo de Q. Podemos afirmar que: (A) o vetor campo elétrico em P dependerá do sinal de q. (B) o módulo do vetor campo elétrico em P será tanto maior quanto maior for a carga q. (C) o vetor campo elétrico será constante, qualquer que seja o valor de q. (D) a força elétrica em P será constante, qualquer que seja o valor de q. (E) o vetor campo elétrico em P é independente da carga de prova q. Resolução: O vetor campo elétrico em P é independente da carga de prova q. O campo elétrico num ponto depende apenas da carga elétrica que o gera. Alternativa: E 91) Uma carga de 2 C, está situada num ponto P, e nela atua uma força de 4N. Se esta carga de 2 C for substituída por uma de 3 C, qual será a intensidade da força sobre essa carga quando ela for colocada no ponto P? Resolução: 92)Determine as características de um campo elétrico, cuja carga de prova é igual a -6 μC, sujeita a uma força cuja intensidade é de 12N. Resolução: 93) (UFRS) Duas cargas elétricas, A e B, sendo A de 2 μC e B de -4 μC, encontram-se em um campo elétrico uniforme. Qual das alternativas representa corretamente as forças exercidas sobre as cargas A e B pelo campo elétrico? Resolução: As forças elétricas sobre A e B têm sentidos opostos, sendo a intensidade da força em A duas vezes menor do que a intensidade da força em B, pois F = /q/.E, sendo E constante. Alternativa B 94) (PUC -SP) Numa certa região da Terra, nas proximidades da superfície, a aceleração da gravidade vale 9,8m/s² e o campo eletrostático do planeta (que possui carga negativa na região) vale 100 N/C. Determine o sinal e a carga elétrica que uma bolinha de gude, de massa 50g, deveria ter para permanecer suspensa em repouso, acima do solo. Considere o campo elétrico praticamente uniforme no local e despreze qualquer outra força atuando sobre a bolinha. Resolução:
POTENCIAL ELÉTRICO Potencial elétrico– É a capacidade que uma carga elétrica de realizar trabalho ao alterar sua posição. A quantidade de energia potencial elétrica armazenada em cada unidade de carga em dada posição. No SI: volt (V); o mesmo que joule por coulomb (J/C). Campo elétrico uniforme - É numa determinada região do espaço quem tem as mesmas características em todos os seus pontos. Nesse caso, as linhas de campo elétrico são paralelas. Um campo elétrico uniforme pode ser criado por duas placas metálicas paralelas, entre as quais se estabelece uma diferença de potencial constante. Uma carga elétrica q colocada em qualquer ponto do campo uniforme experimenta uma força elétrica com a mesma intensidade e o mesmo sentido.
POTENCIAL ELÉTRICO - RESOLVIDOS 95) Vamos supor que temos uma partícula carregada com carga q = 4 μC e que ela seja colocada em um ponto A de um campo elétrico cujo potencial elétrico seja igual a 60 V. Se essa partícula ir, espontaneamente, para um ponto B, cujo potencial elétrico seja 20 V, qual será o valor da energia potencial dessa carga quando ela estiver no ponto A e posteriormente no ponto B? (A) 2,4 x 10-4 J e 8 x 10-5J Resolução: Por definição, a energia potencial elétrica armazenada pela carga elétrica em qualquer ponto do campo elétrico é dada pela relação E = q.V. Sendo assim, temos: Para o ponto A: Epot A = 4 .10-6 .60 ⇒ Epot A = 2,4 .10-4 J Para o ponto B Epot B = 4 .10-6 .20 ⇒ Epot B = 8 .10-5 J Alternativa A 96) Suponhamos que uma carga elétrica seja deixada em um ponto A de um campo elétrico uniforme. Depois de percorrer uma distância igual a 20 cm, a carga passa pelo ponto B com velocidade igual a 20 m/s. Desprezando a ação da gravidade, calcule o trabalho realizado pela força elétrica no descolamento dessa partícula entre A e B. (Dados: massa da carga m = 0,4 g e q = 2 μC). (A) τ = 2,3 . 10-2 J Resolução: Pelo teorema da energia cinética, temos: τA→B=∆EC Como a única força que age sobre a partícula durante todo o percurso de A até B é a força elétrica, e a energia cinética no ponto A é zero, temos: τA→B=∆EC
Alternativa E 97) Determine a energia potencial elétrica de uma carga elétrica colocada em um ponto P cujo potencial elétrico é 2 x 104 V. Seja a carga igual a -6 μC. (A) -12 J Resolução: Para calcular o valor da energia potencial elétrica basta multiplicar o valor do potencial elétrico pela carga elétrica. Assim temos: Alternativa C 98) (UFSM-RS) Uma partícula com carga q = 2 . 10-7 C se desloca do ponto A ao ponto B, que se localizam numa região em que existe um campo elétrico. Durante esse deslocamento, a força elétrica realiza um trabalho igual a 4 . 10-3 J sobre a partícula. A diferença de potencial VA – VB entre os dois pontos considerados vale, em V: (A) -8 x 10-10 Resolução: O trabalho realizado pela força elétrica no deslocamento é igual à carga vezes a diferença de potencial, assim temos: Como o exercício pede a diferença de potencial e nos fornece outros dados, temos: Alternativa D 99) O potencial elétrico é definido como a medida de energia potencial elétrica por unidade de carga elétrica e tem como unidade física o Joule por Coulomb (J/C), também conhecido como Volts (V). A energia potencial elétrica de uma partícula carregada com carga elétrica de 2 nC, quando colocada em uma região de potencial elétrico igual a 5 kV, é igual a: (A) 10 J (B) 1 mJ (C) 10 nJ (D) 2,5 μJ (E) 10 μJ Resolução: De acordo com o enunciado do exercício, a definição de potencial elétrico pode ser escrita em termos da energia potencial elétrica: Dessa forma, o valor de carga elétrica da partícula, em unidades do SI, é de 2.10-9 C (nC – nanocoulombs). E o potencial elétrico é de 5.103 V (kV – quilovolts). Portanto, temos que: Assim, a energia potencial elétrica associada a essa partícula é de 10 μJ (10.10-6 J). Alternativa: E 100)Em relação às propriedades do potencial elétrico, assinale o que for falso: I – O potencial elétrico em um ponto do espaço é inversamente proporcional ao quadrado da distância desse ponto até as cargas que geram esse potencial. II – O módulo da carga elétrica é diretamente proporcional ao potencial elétrico produzido. III – O potencial elétrico é uma grandeza física vetorial. IV – O potencial elétrico pode ser definido como a razão entre a energia potencial elétrica e a unidade de carga. São falsas: (A) I (B) I e II (C) I e III (D) II e III (E) III e IV Resolução: Confira a seguir as explicações detalhadas de todas as afirmações: I - FALSO: O potencial elétrico é inversamente proporcional à distância (U α 1/d) até o ponto em que se deseja determiná-lo, e essa distância é medida em relação à distribuição de cargas que o gera. II - VERDADEIRO: Quanto maior o valor da carga elétrica, maior será o potencial elétrico produzido. III - FALSO: Diferentemente do campo elétrico, o potencial elétrico é uma grandeza física escalar, ou seja, pode ser totalmente definido pelo seu módulo e unidade física. IV – VERDADEIRO: O potencial elétrico pode ser entendido como a quantidade de energia potencial elétrica por unidade de carga. Portanto, são falsas as alternativas I e III. Alternativa: C 101) Complete as lacunas da frase a seguir: Quando uma carga elétrica é abandonada em ________ em uma região do espaço com potencial elétrico, ela adquirirá aceleração por causa da ação da/do ________, e a energia potencial _______ será transformada em energia _______. (A) movimento; campo elétrico; gravitacional; elétrica (B) repouso; força elétrica; elétrica; cinética (C) repouso; força elétrica; mecânica; potencial (D) equilíbrio; diferença de potencial; potencial; mecânica (E) movimento uniforme; diferença de potencial; elástica; magnética Resolução: Confira a frase completa: Quando uma carga elétrica é abandonada em repouso em uma região do espaço com potencial elétrico, ela adquirirá aceleração por causa da ação da força elétrica, e a energia potencial elétrica será transformada em energia cinética. Alternativa: B 102) Quando uma carga elétrica é abandonada em repouso em uma região com campo elétrico, desprezando os efeitos da gravidade e de quaisquer forças dissipativas, podemos dizer que: (A) A carga sofrerá a ação de um trabalho resistente pela força elétrica, uma vez que a força que surge sobre ela é contrária ao seu deslocamento. (B) Sua energia cinética aumenta, apesar de sua energia potencial elétrica permanecer constante. (C) Sua energia cinética permanece constante, já que a força resultante sobre a carga é nula. (D) Sua energia potencial decresce enquanto sua energia cinética aumenta, por causa do trabalho motor da força elétrica. (E) Sua velocidade mantém-se constante, já que sua energia cinética permanece inalterada. Resolução: Vamos analisar as alternativas: A) FALSO – Como a força elétrica é a única força atuante sobre o corpo, podemos dizer que a sua aceleração terá o mesmo sentido que ela. Nesse caso, o trabalho por ela realizado é motor, e não resistente. B) FALSO – A energia cinética da partícula aumentará, pois adquire aceleração em virtude da força elétrica sofrida por ela. No entanto, com o aumento da distância, sua energia potencial decresce. C) FALSO – A única força atuante sobre a partícula é a força elétrica. Sendo assim, a resultante de forças não é nula, bem como a aceleração. Dessa forma, a velocidade da partícula aumenta com o tempo, juntamente com sua energia cinética. D) VERDADEIRO – Com o aumento da distância, a energia potencial elétrica atribuída à partícula decresce à medida que sua energia cinética aumenta, já que o trabalho da força elétrica exercido sobre ela é do tipo motor. E) FALSO – A partícula apresentará aceleração, já que a resultante de forças sobre ela não é nula. Portanto, sua velocidade aumentará constantemente. Alternativa: D 103) (Fuvest) A energia potencial elétrica U de duas partículas em função da distância r que as separa está representada no gráfico da figura abaixo. Uma das partículas está fixa em uma posição, enquanto a outra se move apenas devido à força elétrica de interação entre elas. Quando a distância entre as partículas varia de ri = 3 . 10–10 m a rf = 9 . 10–10 m, a energia cinética da partícula em movimento (A) diminui 1 . 10–18 J. (B) aumenta 1 . 10–18 J. (C) diminui 2 . 10–18 J. (D) aumenta 2 . 10–18 J. (E) não se altera. Resolução: A partir da observação do gráfico, é possível perceber que a energia potencial elétrica diminui para o referido deslocamento. Se ocorre diminuição da energia potencial por meio do princípio da conservação da energia, pode-se afirmar que ocorrerá aumento de energia cinética. A partir do gráfico, pode-se perceber que, para a posição ri = 3 . 10–10 m, a energia potencial elétrica associada é Ui = 3 . 10–18 J. Para a posição rf = 9 . 10–10 m, a energia potencial elétrica é de Uf = 1 . 10–18 J. Conclui-se que houve diminuição de 2 . 10–18 J de energia potencial, que foi transformada em energia cinética. Alternativa: D 104)(UFU) Comumente se ouve falar dos perigos da alta voltagem em dispositivos elétricos. Todavia, uma alta voltagem pode não significar uma grande quantidade de energia se (A) o potencial elétrico envolvido for constante. (B) a quantidade de carga envolvida for baixa. (C) o campo elétrico envolvido for uniforme. (D) a força elétrica envolvida for baixa. Resolução: A determinação da energia potencial elétrica depende diretamente da carga elétrica. Quanto maior for a quantidade de carga elétrica em trânsito pelo sistema, maior será a energia potencial elétrica. Alternativa: B 105) Uma carga elétrica de 2 μC movimenta-se nas proximidades de uma carga elétrica de valor 16 μC. Se o deslocamento da menor carga foi de 8 cm, qual foi a energia potencial elétrica? Dado: 1 μC = 1 x 10 – 6 C; 1 cm = 1 x 10 – 2 m; K = 9,0 x 10 9 N.m2.C – 2 (A) 2,5 J (B) 1,6 J (C) 3,6 J (D) 5,0 J (E) 8,0 J. Resolução: A partir da definição de energia potencial elétrica, teremos: Alternativa: C 106) Leia as afirmações a seguir a respeito da energia potencial elétrica. I – A energia potencial elétrica é diretamente proporcional ao produto das cargas elétricas; II – A energia potencial elétrica é inversamente proporcional ao quadrado da distância entre as cargas; III – A determinação da energia independe do caminho seguido pela carga. É verdadeiro o que se afirma em: (A) I, II e III (B II (C) I (D) II e III (E) I e III Resolução: I – Verdadeira. II – Falsa. A energia potencial elétrica é inversamente proporcional à distância entre as cargas. III – Verdadeira. Alternativa: E EQUIPAMENTO DE MEDIÇÃO [ELÉTRICA] Voltímetro- Aparelho utilizado para medir a diferença de potencial entre dois pontos; por esse motivo deve ser ligado sempre em paralelo com o trecho do circuito do qual se deseja obter a tensão elétrica. Para não atrapalhar o circuito, sua resistência interna deve ser muito alta, a maior possível. Se sua resistência interna for muito alta, comparada às resistências do circuito, consideramos o aparelho como sendo ideal. Os voltímetros podem medir tensões contínuas ou alternadas dependendo da qualidade do aparelho. Voltímetro Ideal → Resistência interna infinita. Voltímetro Ideal Voltímetro não-ideal Amperímetro-Aparelho utilizado para medir a intensidade de corrente elétrica que passa por um fio. Pode medir tanto corrente contínua como corrente alternada. A unidade utilizada é o àmpere. O amperímetro deve ser ligado sempre em série, para aferir a corrente que passa por determinada região do circuito. Para isso o amperímetro deve ter sua resistência interna muito pequena, a menor possível. Se sua resistência interna for muito pequena, comparada às resistências do circuito, consideramos o amperímetro como sendo ideal. Amperímetro Ideal→ Resistência interna nula Ponte de Wheatstone - É uma montagem que serve para descobrirmos o valor, com boa precisão de uma resistência elétrica desconhecida. A ponte consiste em dois ramos de circuito contendo dois resistores cada um e interligados por um galvanômetro. Todo conjunto deve ser ligado a uma fonte de tensão elétrica. LEIS DE HIRCHHOFF Leis de Kirchhoff– Essas Leis são empregadas em circuitos elétricos mais complexos, como por exemplo circuitos com mais de uma fonte de resistores estando em série ou em paralelo. Para estuda-las vamos definir o que são Nós e Malhas: Nó: é um ponto onde três (ou mais) condutores são ligados. Malha:é qualquer caminho condutor fechado. Primeira lei de Kirchhoff (lei dos nós) - Em qualquer nó, a soma das correntes que o deixam(aquelas cujas apontam para fora do nó) é igual a soma das correntes que chegam até ele. A Lei é uma conseqüência da conservação da carga total existente no circuito. Isto é uma confirmação de que não há acumulação de cargas nos nós. Segunda lei de Kirchhoff (lei das malhas) - A soma algébrica das forças eletromotrizes (f.e.m) em qualquer malha é igual a soma algébrica das quedas de potencial ou dos produtos iR contidos na malha. RESISTORESResistores- São dispositivos cuja função é transformar energia elétrica em energia térmica. Resistência elétrica- É a capacidade de um corpo qualquer se opor à passagem de corrente elétrica mesmo quando existe uma diferença de potencial aplicada. Seu cálculo é dado pela Primeira Lei de Ohm, e, segundo o Sistema Internacional de no (SI) , é medida em ohms. Primeira Lei de Ohm - Mantendo-se a temperatura de um resistor constante, a diferença de potencial aplicada nos seus extremos é diretamente proporcional à intensidade da corrente elétrica.
Resitividade elétrica ou resistência elétrica específica - É o que a caracterização ou demonstra a dificuldade oferecida pelo material à passagem de corrente elétrica. Segunda lei de Ohm - Descreve as grandezas que influenciam na resistência elétrica de um condutor homogêneo. Através de suas realizações experimentais, mantendo constante a temperatura do condutor, Ohm pôde chegar às seguintes afirmações e conclusões: - Comprimento:em condutores feitos de um mesmo material e com idêntica forma e espessura, a resistência elétrica é diretamente proporcional ao comprimento. - Secção transversal: em condutores feitos de um mesmo material e com idêntico comprimento e forma, a resistência elétrica é inversamente proporcional à área da secção transversal. - Material: dois condutores idênticos em forma, comprimento e espessura, submetidos a uma idêntica ddp, apresentam resistências elétricas diferentes. R = resistência elétrica do condutor (Ω) L = comprimento desse condutor (m) A = área da secção transversal do condutor (m2) ρ = constante de proporcionalidade característica do material, conhecida como resistividade elétrica. (Ω.m2) No sistema internacional de unidades (SI), a unidade da resistividade é ohm.metro (Ω.m). É possível obter essa igualdade da seguinte forma: Observação:podemos concluir que quanto melhor condutor for o material, menor será sua resistividade. De uma maneira geral, a resistividade de um material aumenta com o aumento da temperatura. Variação da resistência elétrica com a temperatura - A resistência de um condutor varia com a temperatura. No caso dos metais a resistência aumenta quando a temperatura aumentar. Supercondutibilidade- É uma propriedade física que certos materiais apresentam quando são esfriados a temperaturas extremamente baixas, podendo conduzir corrente elétrica sem resistências e nem perdas de energia. Efeito Joule- É a transformação de energia elétrica em energia térmica. Conhecido também como efeito térmico, é causado pelo choque dos elétrons livres contra os átomos dos condutores. Quando os átomos recebem essa energia, tendem a vibrar com mais intensidade. Dessa forma, quanto maior for a vibração dos átomos, maior será a temperatura do condutor elétrico. Associação de Resistores Resistores em série - Ocorre quando vários elementos de um circuito elétrico estão ligados um em seguida do outro, diz-se que são ligados em série. U = voltagem (ddp) R = resistência (Ω) i = corrente elétrica (A) R1 = resistência (Ω) R2 = resistência (Ω) R3 = resistência (Ω) Características da associação série 1- Todos os resistores são ligados um em seguida ao outro. 2- A intensidade total da corrente elétrica i é a mesma em todos os resistores: i = i1 = i2 = i3 3- A tensão total (U), na associação, é igual à soma das tensões em cada resistor. U = U1 + U2 + U3 4- A resistência equivalente (Req) é igual à soma das resistências parciais. Req = R1 + R2 + R3 De fato, se U = U1 + U2 + U3, em que U = Req . i Assim: U = U1 + U2 + U3 Req . i = R1 . i + R2 . i + R3 . i como i = i1 = i2 = i3, então: Req = R1 + R2 + R3 Resumo: - Tensão (ddp) (U) se divide - Intensidade da corrente (i) se conserva - Resistência total (R) soma algébrica das resistência em cada resistor. Resistores em paralelo - Um circuito tem resistores associados em paralelo quando são ligados de tal forma que todos ficam submetidos a mesma diferença de potencial fornecida por uma fonte de tensão. Características da associação paralelo 1- Os resistores são associados pelos seus terminais. 2- A tensão total U de toda a associação (entre A e B) é a mesma para todos os resistores: U = U1 = U2 = U3 3- A corrente total i é a soma das correntes parciais: i = i1 + i2 + i3 4- O inverso da resistência equivalente (Req) é igual à soma dos inversos das resistências parciais. De fato, se i = i1 + i2 + i3, em que i = U/R Associação mista - Ocorre quando parte do circuito circuito está em série e parte em paralelo. Resistores Ôhmicos - Estes resistores a corrente elétrica ( i ) que os percorrem é diretamente proporcional à voltagem ou ddp (V) aplicada. Consequentemente o gráfico V versus i é uma linha reta, cuja inclinação é igual o valor da resistência elétrica do material.
Resistores não Ôhmicos - Alterando-se a ddp (V) nas extremidades destes materiais altera-se a intensidade da corrente elétrica i, mas a duas grandezas não variam proporcionalmente, isto é, o gráfico de V versus i não é uma reta e portanto eles não obedecem a lei de Ôhm, EXERCÍCIOS - RESISTORES / RESOLVIDOS 107) Calcule a resistência equivalente do circuito a seguir: Resolução: Para encontrar o valor da resistência equivalente, utilizamos a equação: 1 = 1 + 1 + 1 Substituindo os valores das três resistências, temos: 1 = 1 + 1 + 1 O MMC entre 4, 6 e 12 é 12: 1 = 3 + 2 + 1 1 = 6 108)Calcule a resistência equivalente do circuito a seguir: Resolução: Na associação de resistores em série, a resistência equivalente é igual à soma das resistências individuais: Req = R1 + R2 + R3 Req = 4 + 10 + 8 Req = 22 Ω 109) (F. E.EDSON DE QUEIROZ - CE) Dispõe-se de três resistores de resistência 300 ohms cada um. Para se obter uma resistência de 450 ohms, utilizando-se os três resistores, como devemos associá-los? (A) Dois em paralelo, ligados em série com o terceiro. (B) Os três em paralelo. (C) Dois em série, ligados em paralelo com o terceiro. (D) Os três em série. (E) n.d.a. Resolução: Estando 2 resistores de 300 Ω em paralelo, temos: Req = R1.R2 Req = 300.300 Req = 90.000 Req = 150Ω Se eles estão em série com outro resistor de 300Ω, a resistência equivalente é dada por: Req = 150 + 300 Req = 450Ω Alternativa: A 110) (UFSM-RS) Analise as afirmações a seguir, referentes a um circuito contendo três resistores de resistências diferentes, associados em paralelo e submetidos a uma certa diferença de potencial, verificando se são verdadeiras ou falsas. 1. A resistência do resistor equivalente é menor do que a menor das resistências dos resistores do conjunto; 2. A corrente elétrica é menor no resistor de maior resistência; 3. A potência elétrica dissipada é maior no resistor de maior resistência. A sequência correta é: (A) F, V, F (B) V, F, F (C) V, V, V (D) V, V, F (E) F, F, V Resolução: As afirmações 1 e 2 estão corretas. Já a alternativa 3 é incorreta porque a potência elétrica é maior para o resistor de menor resistência. Isso se deve ao fato de a corrente elétrica ser maior nesse resistor. Como a potência dissipada é proporcional ao quadrado da corrente, haverá maior dissipação de energia para a menor resistência. Alternativa: D 111) (UFSM-RS) Analise as afirmações a seguir, referentes a um circuito contendo três resistores de resistências diferentes, associados em paralelo e submetidos a uma certa diferença de potencial, verificando se são verdadeiras ou falsas. I - A resistência do resistor equivalente é menor do que a menor das resistências dos resistores do conjunto; II - A corrente elétrica é menor no resistor de maior resistência; III - A potência elétrica dissipada é maior no resistor de maior resistência; A sequência correta é: (A) F, V, F (B) V, V, F (C) V, F, F (D) F, F, V (E) V, V, V Resolução: Afirmativa I – Verdadeira Afirmativa II – Verdadeira Afirmativa III – Falsa. A potência elétrica dissipada é maior no resistor que apresenta menor resistência. Alternativa: B 112) (PUC) Três resistores idênticos de R = 30Ω estão ligados em paralelo com uma bateria de 12V. Pode-se afirmar que a resistência equivalente do circuito é de (A) Req = 10Ω, e a corrente é 1,2 A. (B) Req = 20Ω, e a corrente é 0,6 A. (C) Req = 30Ω, e a corrente é 0,4 A. (D) Req = 40Ω, e a corrente é 0,3 A. (E) Req = 60Ω, e a corrente é 0,2 A. Resolução: De acordo com o enunciado, temos três resistores idênticos em paralelo. Portanto, para calcular a resistência equivalente, basta dividir o valor da resistência por três: Req = R Req = 30 Req = 10 Ω Para calcular a corrente elétrica, utilizamos a Lei de Ohm: U = Req . I 12 = 10 . i i
= 12 i = 1,2 A Alternativa: A 113) (PUC) Considere a associação de resistores em paralelo da figura a seguir: Esquema representando uma associação de resistores em paralelo Determine: (A) A resistência equivalente no circuito; (B) A ddp em cada resistor; (C) A corrente elétrica em cada resistor; (D) A corrente elétrica total. Resolução: Letra a – A resistência equivalente: 1_ = 1 + 1 + 1 1_ = 1 + 1 + 1 O MMC entre 10, 15 e 12 é 60. Assim, temos: 1_ = 6 + 4 + 5 1_ = 15 Req = 60 Req = 4 Ω Letra b - A ddp em cada resistor: A ddp em cada resistor é igual à tensão fornecida pela fonte: 120 V. Assim, podemos escrever: V1 = 120 V V2 = 120 V V3 = 120 V Letra c - A corrente elétrica em cada resistor: Aplicamos a Lei de Ohm em cada resistor: i1 = V1 i1 = 120 i1 = 12 A i2 = V2 i2 =
120 i2 = 8 A i3 = V3 i3 = 120 i3 = 10 A Letra d – Corrente elétrica total: A corrente i é igual à soma das correntes individuais: i = i1 + i2 + i3 i = 10 + 8 + 12 i = 30 A 114) Sobre um circuito que contém apenas uma associação de resistores em paralelo, é INCORRETO afirmar que: (A) A corrente total do circuito é igual à soma das correntes individuais de cada resistor; (B) A ddp em cada resistor é igual à tensão elétrica fornecida pela fonte; (C) A resistência equivalente é sempre menor do que a resistência de menor valor que o circuito contém; (D) A corrente elétrica é igual em todos os resistores; (E) Se um resistor queima, a corrente elétrica que circula nos demais componentes do circuito não se altera. Resolução: A corrente elétrica não é igual em todos os resistores. Ela é dividida entre os resistores e assume diferentes valores, que são proporcionais ao valor da resistência elétrica. Alternativa: D 115) (UE – MT) A diferença de potencial entre os extremos de uma associação em série de dois resistores de resistências 10Ω e 100 Ω é 220V. Qual é a diferença de potencial entre os extremos do resistor de 10 Ω? Resolução: U = R.i Ueq = Req.i 220 = 110.i i = 220/110 i = 2A Para o resistor de 10 Ω. U = R.i U = 10.2 U = 20 V 116) (Fatec – SP) Dois resistores de resistência R1 = 5 Ω e R2 = 10 Ω são associados em série fazendo parte de um circuito elétrico. A tensão U1 medida nos terminais de R1 é igual a 100V. Nessas condições, determine a corrente que passa por R2 e a tensão em seus terminais. Resolução: U1 = R1.i 100 = 5.i i = 100/5 i = 20A Observação:Como a associação dos resistores é em série, a corrente que passa por R1 e por R2 é a mesma. U2 = R2.i U2 = 10.20 U2 = 200V 117) No circuito abaixo temos a associação de quatro resistores em serie sujeitos a uma determinada ddp. Determine o valor do resistor equivalente dessa associação. Resolução: Req = R1 + R2 + R3 + R4 Req = 10 + 15 + 30 + 45 Req = 100 Ω 119) A figura mostra dois resistores num trecho de um circuito. Sabendo que i = 2A e que U vale 100V calcule a resistência R. Resolução: U
= R.i Diferença de Potencial A diferença de potencial (d.d.p.), também chamada de tensão, é definida como o trabalho necessário para que uma carga se desloque de um ponto A para um ponto B, quando imersa em um campo elétrico. Quando existe uma certa diferença de potencial entre dois pontos e ligamos esses pontos através de um fio condutor, no seu interior irá surgir um movimento ordenado de cargas. Este movimento é chamado de corrente elétrica. Portanto, para que um condutor seja percorrido por uma corrente é necessário que exista uma diferença de potencial entre seus pontos. Para que um aparelho elétrico funcione, é preciso que exista uma d.d.p. entre seus terminais. Normalmente, nestes equipamentos é indicado o valor da tensão que devem ser ligados. A unidade de medida da d.d.p. é o Volts, em homenagem ao físico italiano Alessandro Volta (1745-1827) inventor da pilha elétrica. Os equipamentos que medem a tensão são chamados de voltímetros. Fórmula da d.d.p. A diferença de potencial pode ser calculada a partir da seguinte fórmula: U = VA - VB = TAB / q U = diferença de potencial (V) Lei de Ohm Os dispositivos elétricos que transformam a energia elétrica em energia térmica são chamados de resistores. Chuveiro elétrico, ferro de passar roupas, lâmpadas incandescentes, são exemplos de dispositivos desse tipo. Quando a razão entre a d.d.p. dos terminais de um resistor e a corrente que o atravessa for um valor constante, esse resistor é chamado de ôhmico. Podemos calcular a diferença de potencial entre os terminais de um resistor ôhmico quando este é atravessado por uma corrente através da seguinte relação, denominada Leis de Ohm: U = R . i U = tensão (V) Exemplo - Qual a diferença de potencial que estão submetidos os terminais de uma torneira elétrica que apresenta resistência igual a 25 Ω quando percorrida por uma corrente de 4 A? Resolução: Para encontrar o valor da d.d.p. vamos aplicar a lei de Ohm, ou seja: U = 25 . 4 = 100 V Assim, os terminais da torneira estão submetidos a uma tensão de 100 V. Potência Elétrica A potencia elétrica é uma grandeza que representa a quantidade de energia elétrica que foi transformada em outro tipo de energia, por unidade de tempo. Os equipamentos elétricos, além da indicação da tensão, também possuem a indicação da sua potência elétrica que consomem. Quanto maior o seu valor, maior é o consumo de energia. A potência elétrica é igual ao produto da tensão pela corrente, ou seja: P = U . i P = potência elétrica (W) Exemplo - Qual a tensão que deve-se ligar um chuveiro elétrico que consome uma potência de 2 200 W, para que a intensidade da corrente que o atravessa seja igual a 10 A? Resolução: Para encontrar o valor da tensão, vamos substituir os valores na fórmula: Portanto, a d.d.p. deverá ser igual a 220 V. Exercícios Resolvidos 118) (ENEM)Dispositivos eletrônicos que utilizam materiais de baixo custo, como polímeros semicondutores, têm sido desenvolvidos para monitorar a concentração de amônia (gás tóxico e incolor) em granjas avícolas. A polianilina é um polímero semicondutor que tem o valor de sua resistência elétrica nominal quadruplicado quando exposta a altas concentrações de amônia. Na ausência de amônia, a polianilina se comporta como um resistor ôhmico e a sua resposta elétrica é mostrada no gráfico O valor da resistência elétrica da polianilina na presença de altas concentrações de amônia, em ohm, é igual a (A) 0,5 × 100 . (B) 2,0 × 100 . (C) 2,5 × 105 . (D) 5,0 × 105 . (E) 2,0 × 106 . Resolução: Sendo o resistor ôhmico, podemos usar a lei de Ohm para encontrar o valor da resistência. Para isso, vamos escolher um ponto no gráfico, por exemplo U = 1 V e i = 2 . 10-6 A. Assim, temos: Como a resistência elétrica da polianilina na presença de altas concentrações de amônia quadruplica, então devemos multiplicar o valor encontrado por 4. Portanto, o valor da resistência é igual a 2,0 x 106Ω. Alternativa: E 119) (UERJ) Uma sala é iluminada por um circuito de lâmpadas incandescentes em paralelo. Considere os dados abaixo: - a corrente elétrica eficaz limite do fusível que protege esse circuito é igual a 10 A; - a tensão eficaz disponível é de 120 V; - sob essa tensão, cada lâmpada consome uma potência de 60 W. O número máximo de lâmpadas que podem ser mantidas acesas corresponde a: (A) 10 (B) 15 (C) 20 (D) 30 (E) 10 Resolução: Primeiro, vamos calcular a potência máxima suportada pelo circuito, seu valor será dado por: P = 10 . 120 = 1200 W Como cada lâmpada consome 60 W, para saber quantas lâmpadas poderão ser mantidas acesas devemos dividir o valor da potência máxima por 60. Portanto, poderão ser mantidas 20 lâmpadas. Alternativa: C CHOQUE ELÉTRICO Os choques elétricos podem ser classificados como estáticos e dinâmicos Choques Estáticos Provocados por descargas de capacitores ou descargas eletrostáticas (efeito comum a inúmeros materiais e equipamentos). Choques Dinâmicos Choques que ocorrem frequentemente ao tocar-se nas partes energizadas de uma rede elétrica (secções vivas de condutores energizados ou por falha no isolamento da instalação ou equipamento, provocando uma tensão de contato perigosa). EFEITOS DA CORRENTE ELÉTRICA Efeitos da corrente elétrica no corpo humano A corrente elétrica é um fenômeno que pode levar um ser humano à morte. Quando se estabelece uma diferença de potencial entre dois pontos do corpo humano, flui uma corrente elétrica entre esses pontos e a intensidade dessa corrente depende da diferença de potencial e da resistência elétrica entre os pontos sobre o qual se aplica a voltagem, por exemplo: a resistência elétrica entre as orelhas é aproximadamente igual a 100 Ω. O choque elétrico é causado pela corrente elétrica que atravessa o corpo do ser humano ou de qualquer outro tipo de animal. O seu acontecimento pode causar até morte, dependendo da intensidade da corrente elétrica, por isso deve-se ter muito cuidado com tomadas, fios desencapados e até mesmo a rede elétrica de distribuição de energia, pois são muito perigosos e com alto poder para eletrocutar uma pessoa. O que determina as consequências do choque é a intensidade da corrente elétrica, ou seja, o valor da corrente. Lembrando que a corrente elétrica é medida no Sistema Internacional de Unidades em ampère. Alguns estudos sobre esse fenômeno revelaram as consequências de alguns valores aproximados, veja: Corrente de 1mA a 10 mA Podem provocar apenas uma sensação de formigamento; Correntes entre 10 mA e 20 mA Podem causar uma sensação dolorosa; Correntes maiores que 20 mA e menores que 100 mA Causam dificuldades na respiração, pode causar morte por asfixia se não socorrido a tempo; Correntes superiores a 100 mA São muito perigosas com alto poder de matar, pois atacam direto o coração, fazendo com que ele funcione a rápidas contrações e de formas irregulares, é a chamada fibrilação cardíaca; Correntes que são superiores a 200 mA já não causam mais a fibrilação cardíaca, mas provocam graves queimaduras e parada cardíaca. A voltagem não é um fator determinante para o fenômeno do choque elétrico. Em algumas situações, apesar da voltagem ser relativamente grande as cargas elétricas envolvidas são muito pequenas, e em consequência disso o choque elétrico produzido não apresentam nenhum risco. Isso ocorre, por exemplo, no gerador de Van de Graaff, utilizado em laboratórios de ensino. No entanto, voltagens que são relativamente pequenas podem causar sérios danos, dependendo da resistência do corpo. O corpo humano tem resistência aproximada de 100000 Ω com a pele seca, já com a pele molhada cerca de 1000 Ω. Ou seja, conclui-se que com corrente elétrica não se brinca, pois suas consequências podem ser fatais. Ao contrário do que muitos pensam, as correntes elétricas mais perigosas são aquelas que têm intensidades relativamente mais baixas, podendo ser obtidas em eletrodomésticos comuns que funcionam a 110 V e 220 V. Correntes mais intensas podem provocar desmaios e fortes queimaduras, porém não chegam a matar de imediato. O socorro a uma vítima de choque elétrico deve ser rápido, começando pelo corte da tensão elétrica, caso não seja possível cessar a mesma deve-se retirar a pessoa do local com um material que seja isolante como, por exemplo, materiais plásticos. Feito isso é necessário chamar os bombeiros, que são pessoas altamente preparadas para esse tipo de socorro. Resumo: CORRENTE ELÉTRICA - RESOLVIDAS 120) Determine o valor da corrente elétrica que passa por um fio cuja resistência elétrica é de 5Ω e é submetido a uma ddp de 40V: (A) 5 A (B) 6 A (C) 7 A (D) 8 A (E) 1 A Resolução: V = R . i i = V / R i = 40 / 5 = 8A 121)Marque a alternativa INCORRETA em relação aos efeitos da corrente elétrica. (A) efeito joule: absorver calor (B) efeito magnético: gerar campo magnético (C) efeito fisiológico: choque (D) efeito químico: produzir reações químicas (E) efeito luminoso: gerar luz Resolução: Efeito joule gera calor e não o absorve. Alternativa: A 122) (UERJ) Num detector de mentiras, uma tensão de 6 V é aplicada entre os dedos de uma pessoa. Ao responder uma pergunta, a resistência entre seus dedos caiu de 400 kΩ para 300 kΩ. Neste caso, a corrente no detector de mentiras apresentou uma variação em µA de? (A) 5 (B) 10 (C) 15 (D) 20 (E) 25 Resolução:
123) (UFG) Nos choque elétricos, as correntes que fluem através do corpo humano podem causar danos biológicos que, de acordo com a intensidade da corrente, são classificados segundo a tabela abaixo. Considerando que a resistência do corpo em situação normal é da ordem de 1500 Ω, em qual das faixas acima se enquadra uma pessoa sujeita a uma tensão elétrica de 220 V? (A) I (B) II (C) III (D) IV (E) n.d.a Resolução:
124) (UEL-PR) Leia o texto a seguir. Um raio é uma descarga elétrica na atmosfera. Geralmente, ele começa com pequenas descargas elétricas dentro da nuvem, que liberam os elétrons para iniciar o caminho de descida em direção ao solo. A primeira conexão com a terra é rápida e pouco luminosa para ser vista a olho nu. Quando essa descarga, conhecida como “líder escalonado”, encontra-se a algumas dezenas de metros do solo, parte em direção a ela outra descarga com cargas opostas, chamada de “descarga conectante”. Forma-se então o canal do raio, um caminho ionizado e altamente condutor. É neste momento que o raio acontece com a máxima potência, liberando grande quantidade de luz e som. (Adaptado de: SABA, M. M. F. A Física das Tempestades e dos Raios. Com base no texto e nos conhecimentos sobre eletrostática, atribua V (verdadeiro) ou F (falso) às afirmativas a seguir. ( ) A maioria das descargas elétricas atmosféricas ocorre quando o campo elétrico gerado pela diferença de cargas positivas e negativas é próximo de zero. ( ) A corrente elétrica gerada pelo raio produz um rápido aquecimento do ar, e sua inevitável expansão produz o som conhecido como trovão. ( ) A corrente elétrica gerada a partir de um raio pode ser armazenada e utilizada, posteriormente, para ligar o equivalente a 1000 lâmpadas de 100 watts. ( ) Para saber a distância aproximada em que um raio caiu, é preciso contar os segundos entre a observação do clarão e o som do trovão. Ao dividir o valor por 3, obtém-se a distância em quilômetros. ( ) A energia envolvida em um raio produz luz visível, som, raios X e ondas eletromagnéticas com frequência na faixa de AM. Assinale a alternativa que contém, de cima para baixo, a sequência correta. (A) V, V, F, F, V. (B) V, F, V, V, F. (C) V, F, F, F, V. (D) F, V, F, V, V. (E) F, F, V, V, F. Resolução: Falsa – Se o campo elétrico gerado pela diferença de cargas fosse próximo de zero, a rigidez dielétrica do ar não seria rompida e as descargas não ocorreriam. Verdadeira – Definição de trovão. Falsa – Não há como armazenar a corrente elétrica de um raio. Verdadeira – Adotando a velocidade do som no ar como 340 m/s, imagine um intervalo de tempo entre a observação do clarão e o som do trovão de 6 s. A distância aproximada da queda do raio seria de 2040 m ou 2,04 km. Ao dividir 6 s por 3, encontramos uma distância aproximada de 2 km. Verdadeira. Alternativa: D 125) (Uncisal) Em um “Carregador de Baterias para Tablet”, encontram-se as seguintes informações. Quanto tempo esse carregador levaria para preencher totalmente a carga de uma bateria nova, completamente descarregada e de capacidade 7000 mAh? (Desconsidere as perdas por efeito Joule) (A) 1,00 h (B) 1,40 h (C) 2,00 h (D) 2,45 h (E) 3,50 h Resolução: Analisando a capacidade da bateria completamente descarregada, temos: 7000 mAh As unidades utilizadas são: m = mile – prefixo multiplicativo = 10 – 3 A = Ampére – Unidade de corrente elétrica que equivale à quantidade de carga elétrica que flui por segundo (C/s) h = 1 h corresponde a 3600 s. Assim, podemos escrever que: Para que a bateria seja recarregada, são necessários 25.200 C de carga. Sabendo que da saída do carregador fluem 2 A de corrente elétrica para a bateria, temos um total de 2 C por segundo entrando na bateria. Assim, são necessários 12.600 s para a carga total. Alternativa: E 126)Considere que a corrente elétrica que flui por um fio após a queda de um raio seja de 50.000 A. Determine o número aproximado de elétrons que passam pela área de seção transversal do fio a cada segundo. Dado: carga do elétron = 1,6 x 10–19C (A) 2,200 . 10 20 elétrons (B) 3,125 . 10 23 elétrons (C) 4,500. 10 15 elétrons (D) 5,000. 10 19 elétrons (E) 1,250. 10 23 elétrons Resolução: A corrente elétrica é a quantidade de carga elétrica que flui por segundo. Sabendo que a carga elétrica é o produto do número de elétrons pela carga elementar dos elétrons, podemos dizer que: Alternativa: B 127) Determine a corrente elétrica referente à passagem de um trilhão de elétrons pela seção transversal de um fio em apenas 1 segundo. Dado: carga do elétron = 1,6 x 10–19C; 1 trilhão = 10 12 (A) 20 μA (B) 16 μA (C) 10 μA (D) 25 μA (E) 5,0 μA Resolução: A corrente elétrica é a quantidade de carga elétrica que flui por segundo. Sabendo que a carga elétrica é o produto do número de elétrons pela carga elementar dos elétrons, podemos definir que: Alternativa: B 128) Uma corrente elétrica de intensidade igual a 5 A percorre um fio condutor. Determine o valor da carga que passa através de uma secção transversal em 1 minuto. Resolução:
129) Por um fio condutor metálico passam 2,0.10²0 elétrons durante 4s. Calcule a intensidade de corrente elétrica que atravessa esse condutor metálico. Resolução:
130) (U.E. Londrina-PR) Pela secção reta de um condutor de eletricidade passam 12,0 C a cada minuto. Nesse condutor, a intensidade da corrente elétrica, em ampères, é igual a: (A) 0,08 Resolução: i =Δq /Δt i = 12 60 i = 0,2 A Alternativa: B 131) (U.E. Maranhão) Uma corrente elétrica com intensidade de 8,0 A percorre um condutor metálico. A carga elementar é |e| = 1,6.10-19 C. Determine o tipo e o número de partículas carregadas que atravessam uma secção transversal desse condutor, por segundo, e marque a opção correta: (A) Elétrons; 4,0.1019 partículas Resolução:
A norma NR10 saliente em seus artigos a importancia de que todos que trabalhem em serviços e atividades que envolvam eletricidade direta ou indiretamente ou ainda em sua proximidade saibam de todos os riscos da atividade e como evitar que esse risco se torne um acidente. São enormes os riscos que o trabalhador está sujeito quando opera com eletricidade. O contato com o corpo e as partes energizadas de uma instalação elétrica de baixa tensão produz o chamado “choque elétrico”, e se for de alta tensão, têm-se o “arco elétrico” que precede de contato, e em geral, leva à morte. Em relação ao corpo humano, os acidentes com eletricidade se dividem em:
A eletrização é a exposição do corpo a uma descarga elétrica, sempre com resultado fatal, ela pode ocorrer tanto na baixa tensão como na alta tensão elétrica. Enquanto o eletro trauma é o acidente que traz consequências físicas, orgânicas e mentais à pessoa humana. Choque em tomada. Choque elétrico: mecanismos e efeitos O Choque elétrico é a sensação sentida por uma pessoa quando tem o seu corpo sujeitado à passagem de uma corrente elétrica, seja ela alternada ou contínua. Ele se manifesta por três formas distintas;
No caso de choque por eletricidade estática, a manifestação do fenômeno normalmente se dá por um único pulso sensorial de descarga, muitas vezes de valor significativo, o qual é sentido pelas partes internas (micro choque) e externas (macro choque) do corpo, nos instantes em que ocorrem desligamento ou contatos com “partes vivas” da instalação, como, por exemplo, em conexões de baterias e em terminais de capacitores, que são aparelhos elétricos armazenadores de carga. No caso de choque por eletricidade dinâmica, como ocorre na corrente alternada, a sensação que a pessoa experimenta é a de um violento estremecimento no corpo, seguido de um calor intenso no ponto de contato, esse estremecimento é tão mais intenso quanto maior for a tensão e a frequência elétrica aplicada, enquanto que a “queima” do corpo, no ponto de contato, é tão mais forte quanto maior for a intensidade da corrente sentida; neste caso, a corrente que flui através do corpo humano causa, dentro de poucos segundo, lesões nos tecidos nervosos e cerebrais por onde passa. No caso das descargas atmosféricas provocadas por raios, essas lesões são instantâneas, gravíssimas e geralmente fulminantes. Já nos acidentes com instalações elétricas de alta tensão sequer é preciso que haja o contato físico do corpo com as partes energizadas das instalações. Os fatores que determinam a gravidade do choque elétrico são:
Percurso da corrente elétricaA figura abaixo demonstra os caminhos que podem ser percorridos pela corrente no corpo humano. Percurso da corrente elétrica. Os choques em que a corrente elétrica perpassa o coração e ou cérebro são as que o risco de morte é maior. Características da corrente elétrica.As características da corrente elétrica que influencia o choque elétrico são:
Resistência do corpo humano. As partes do corpo que oferecem maior resistência à passagem da corrente elétrica são os ossos e a pele. A menor resistência da massa corporal se localiza na epiderme e nos músculos, onde se exala o suor (que é tão condutor quanto maior for o pH ou índice de salinidade) bem como os nervos e vasos sanguíneos. É muito importante que se saiba dos riscos de um choque elétrico e o que ele causa a nosso corpo caso isso ocorra, deve-se respeitar a eletricidade e caso não saiba não se arrisque. https://www.mundodaeletrica.com.br/os-riscos-do-choque-eletrico/ Tensão elétrica X voltagem Em eletricidade uma das grandezas elétricas mais famosas é a voltagem, apesar de esta palavra não existir. Sim é isso mesmo a palavra voltagem é um termo popular mas não existe em eletricidade. Vamos explicar isso direito. A grandeza elétrica que erroneamente é chamada de voltagem nada mais é do que a tensão elétrica, que também pode ser chamada de diferença de potencial elétrico (DDP). A palavra voltagem exite pois a unidade que representa a tensão elétrica é o Volt da qual se derivou a palavra voltagem. E o que é a Tensão elétrica? A tensão elétrica é uma diferença entre o potencial elétrico de dois pontos, ou traduzindo de uma forma bem simples e de forma comparativa seria a força necessária para movimentos os elétrons e criar assim uma corrente elétrica. Esta diferença de potencial pode representar uma fonte de energia (uma força eletromotriz) ou mesmo uma perda de energia ou armazenamento ( queda de tensão). Perigo alta tensão. A tensão pode ser continua, quer dizer que esta não muda de polaridade com o passar do tempo, ou pode ser alternada, que muda de polaridade com o passar do tempo. Para fins de exemplo podemos exemplificar com uma pilha para tensão contínua, pois a polaridade da pilha será sempre a mesma no decorrer de todo o tempo, já na tensão alternada a polaridade será alternada de acordo com a frequência, no caso de uma tomada a frequência normal é de 60Hz, o que quer dizer que a polaridade desta tensão vai alternar 60 vezes por segundo. A tensão elétrica pode ser calculada através da lei de Ohm, onde a tensão elétrica é igual a corrente elétrica vezes a resistência elétrica. V = I x R A tensão ainda pode ser encontrada caso sejam conhecidas a potência elétrica e a corrente elétrica, no caso pela formula: V = P / I (tensão elétrica é igual a potência dividida pela corrente elétrica) A tensão elétrica normalmente é a maior preocupação com relação aos choque elétricos, entre os leigos principalmente, tem se uma falsa ideia que uma tensão muito grande é muito perigoso para organismo, mas considerando que dentro do corpo humano quem faz o estrago é a corrente elétrica que circula, a tensão elétrica passa a ter uma relevância menor. A gravidade de um choque elétrico é medido pelo tempo de exposição a corrente elétrica, o percurso que a mesma faz pelo corpo, tipo de corrente (contínua ou alternada) e a frequência da corrente elétrica. A tensão elétrica e o choque elétrico. Há ainda um fator determinante para o choque elétrico que é a resistência elétrica do corpo que recebe a corrente elétrica. Um exemplo da menor importância da tensão elétrica nos choque elétricos são as armas não letais Teaser, que possuem tensão de 50000V mas uma corrente tão baixa que apenas imobiliza a pessoa atingida por uns instantes. O mesmo princípio é usado nas cercas elétricas que podem possuir tensão de 10000V e não são consideradas letais. Entendendo agora o que é a tensão elétrica o leitor vai abandonar a palavra voltagem é passará a usar apenas o termo correto que é tensão elétrica. https://www.mundodaeletrica.com.br/tensao-eletrica-x-voltagem/ Gravidade do Choque Elétrico Quando mencionamos valores de corrente elétrica baixa, parece não ter importância sobre as consequências que isso pode trazer ao corpo humano, um assunto já muito discutido, mas vale á pena sempre lembrar dos cuidados a serem tomados nestes casos. O principio que fundamenta as medidas de proteção contra choque elétrico, conforme a NBR-5410/2004 pode ser resumido por: 1 – parte viva de instalações não deve ser acessível 2 – massas ou partes condutivas acessíveis não devem oferecer perigo , seja em condições normais , seja em particular, em caso de alguma falha que as torne acidentalmente vivas e ou visíveis. No caso 1 - O choque elétrico acontece quando se toca indevidamente a parte energizada do circuito. Acontece quando duas ou mais partes do corpo tocam simultaneamente duas fases ou uma fase e o terra de um determinado equipamento. Nesse caso a corrente elétrica de choque é atenuada pela: - resistência elétrica do corpo humano - resistência do calçado utilizado - resistência do contato do calçado com o solo - resistência da terra no local dos pés no solo. - resistência de aterramento da instalação elétrica no ponto de alimentação de energia. Neste caso devem-se prover medidas de proteção básica que visem impedir o contato com partes vivas perigosas em condições normais tais como: - isolação ou separação básica - uso de barreiras isolantes - limitadores de tensão No caso do corpo humano a corrente sempre ira procurar o caminho mais curto ou de menor resistência. Para o caso 2- O choque ocorre quando regiões neutras ficam com diferença de potencial devido a um curto circuito na instalação ou em algum equipamento. Deve-se notar que nesse tipo de choque a pessoa está tocando ou pisando em regiões ou elementos não energizados da instalação. Porém no momento do curto circuito ou mais precisamente durante este, estas áreas neutras ficam com uma diferença de potencial, ocasionando o choque elétrico. Possíveis caminhos para a corrente elétrica no corpo humano:
Na figura temos o caminho que a corrente faz no acidentado pelo choque e quantos em porcentagem a corrente que circula pelo coração: A – da cabeça para o pé direito, 9,7%. B – da mão direita para o pé esquerdo 7,9% C- da mão direita para a mão esquerda 1,8% D – da cabeça para a mão esquerda 1,8%%. E – 0% Neste caso deve-se se prover medidas de proteção supletivas que visem suprir a proteção contra choques em caso de falha da proteção, como por exemplo: - Equipotencialização e seccionamento automático da alimentação elétrica - isolação suplementar, como trabalhar sobre componentes isolantes. - Separação ou barreira elétrica de isolação. Fatores Determinantes da Gravidade do Choque Conforme a tabela, podemos identificar o que uma pequena corrente pode provocar onde a gravidade vai depender: - Percurso da corrente elétrica - Característica dessa corrente, de onde provém. - Resistência do corpo humano na hora do curto circuito. - Nível de tensão a que se está submetido O trajeto da corrente que ira influenciar na gravidade do acidentado, pois se considerarmos que é mais fácil prestar socorro a uma pessoa que apresente asfixia do que uma pessoa com fibrilação ventricular, já que neste caso é exigido um processo de reanimação por massagem cardíaca que nem toda pessoa que está prestando socorro sabe realizar. E nesse caso esta situação caba se tornando muito mais grave . Importante observar as recomendações de trabalho segundo a NR-10 , no item que fala dos EPIs a serem utilizados e na própria NBR-5410, onde trata dos princípios de operação em instalações energizadas . Fonte de informação :NORMA NR10 e NBR 5410. http://www.forumdaconstrucao.com.br/conteudo.php?a=28&Cod=1550 CÁLCULO DE CONSUMO DE ENERGIA ELÉTRICA Energia consumida = Potência do aparelho x tempo que fica ligado
E = kW . h E = energia consumida (kWh) P = potencia e (kW) t = tempo em horas (h) Observação: o tempo deve ser em horas e a potência em kW 1000 W = 1 kW 3600s = 1 h RESOLVIDAS – CONSUMO DE ENERGIA DE UM EQUIPAMENTO ELÉTRICO 132) Você de féria e ao sair de casa e esqueceu ligada uma lâmpada incandescente de 100 W que permaneceu acesa durante 30 horas. Calcule: a) Total de energia em kWh que foi utilizada pela lâmpada: Resolução: Na conta de Luz a unidade de energia é o quilowatt-hora (kWh). A energia total utilizada pela lâmpada pode ser calculada usando a equação abaixo: E = P.Δt Onde: E = energia em quilowatt-hora (kWh) P = Potência da lâmpada em (kW) Δt = intervalo de tempo em que a lâmpada permaneceu ligada (horas) Observações: Será necessário converter a potência de Watts para quilowatts. Para converter a potência de Watts p/ kW, basta dividir por 1000: 100W/1000 = 0,1kW Aplicando na equação fica: E = P.Δt E = 0,1kW x 30h E= 3kWh Resposta: a lâmpada de 100W permaneu acesa durante 30 horas e usou um total de energia de 3kWh. b) O custo em R$, considere que a tarifa é 0,40R$/kWh. Resolução: Para calcular o custo em Reais, multiplicar a energia pelo valor da tarifa conforme equação abaixo: Custo (R$) = E x Tarifa Custo (R$) = 3kWh x 0,40R$/kWh Custo = R$1,20 Resposta: A lâmpada de 100 W ligada durante 30 horas causou um aumento de R$1,20 na conta de luz. 133) Um televisor de 29 polegadas possui em média uma potência de 200 watts. Considerando que ele fique ligado 6 horas diárias, calcule seu consumo em kWh mensal. Resolução: 6 . 30 = 180 horas mensais. t = 180 horas mensais P = 200 k = (180.200) / 1000 k = 36000 / 1000 k = 36 O televisor irá consumir 36 kWh no período. Para saber o custo em dinheiro, basta multiplicar o consumo do período pelo valor do kWh, que vem identificado no talão de energia elétrica da concessionária fornecedora. Vamos analisar o consumo de energia elétrica do “vilão” de uma residência, o chuveiro elétrico. Tempo: 10 minutos diários (correspondentes a 10 x 30 = 300 minutos mensais = 5 horas) k = (4000 . 5) / 1000 k = 20000 / 1000 k = 20 Resposta: O consumir é de 20 kWh. 134) A tabela a seguir mostra os principais eletrodomésticos e suas quantidades em uma residência com quatro pessoas, a potência elétrica de cada equipamento e o tempo mensal de funcionamento em horas. Supondo que a companhia de energia elétrica cobre R$ 0,50 por cada KWh consumido, determine o custo mensal da energia elétrica para essa residência. (A) R$ 215,00 (B) R$ 178,25 (C) R$ 355,00 (D) R$ 329,30 (E) R$ 274,40 Resolução: A equação para o consumo de energia mostra que a energia elétrica consumida é dada pelo produto da potência em KW e o tempo de uso em horas. Sendo assim, temos: E = P.Δt Essa equação deve ser aplicada para cada um dos aparelhos indicados na tabela. Os valores das potências devem ser divididos por 1000 para serem transformados em KW. Sendo assim, temos:
O consumo total de energia elétrica será dado pela soma das energias de cada equipamento: ETOTAL = 165 + 10 + 360 + 120 + 3,6 = 658,6 KWh Como o preço de cada KWh é de R$ 0,50, o valor a ser pago será de: 658,6. 0,50 = R$ 329,3 Alternativa: D 135)O chuveiro elétrico de uma residência possui potência elétrica equivalente a 5000W. Sabendo que nessa casa moram cinco pessoas e que cada uma toma dois banhos diários de 15 min. Neste caso, o consumo de energia elétrica mensal em kWh correspondente ao chuveiro (A) 150 KWh (B) 250 KWh (C) 475 KWh (D) 300 KWh (E) 375 KWh Resolução: Primeiramente, faz-se necessário saber quanto tempo o chuveiro é utilizado por mês. Há um total de 10 banhos por dia com duração de 15 min cada, logo, são 150 min por dia e 4500 min por mês (150 x 30 = 4500). Sabendo que 60 min são 1h, deve-se dividir o tempo total por 60 para se ter o valor em horas: Δt = 4500 ÷ 60 = 75 h Conhecendo a potência do chuveiro, podemos determinar a energia consumida pela seguinte equação: E = P . Δt A potência do chuveiro deve ser dividida por 1000 para ser transformada em KW, logo, temos: E = 5. 75 = 375 kWh Alternativa: E 136) (ENEM) Entre as inúmeras recomendações dadas para a economia de energia elétrica em uma residência, destacamos as seguintes: Substitua lâmpadas incandescentes por fluorescentes compactas. Evite usar o chuveiro elétrico com a chave na posição “inverno” ou “quente”. Acumule uma quantidade de roupa para ser passada a ferro elétrico de uma só vez. Evite o uso de tomadas múltiplas para ligar vários aparelhos simultaneamente. Utilize, na instalação elétrica, fios de diâmetros recomendados às suas finalidades. A característica comum a todas essas recomendações é a proposta de economizar energia através da tentativa de, no dia a dia, reduzir (A) a potência dos aparelhos e dispositivos elétricos. (B) o tempo de utilização dos aparelhos e dispositivos. (C) o consumo de energia elétrica convertida em energia térmica. (D) o consumo de energia térmica convertida em energia elétrica. (E) o consumo de energia elétrica através de correntes de fuga. Resolução: Todas as recomendações citadas no enunciado da questão fazem referência à diminuição da quantidade de energia elétrica transformada em calor por meio do fenômeno denominado de efeito Joule. Esse efeito consiste na transformação de eletricidade em calor e é responsável pelo alto consumo de energia elétrica. Alternativa: C 137) (ENEM) Podemos estimar o consumo de energia elétrica de uma casa considerando as principais fontes desse consumo. Pense na situação em que apenas os aparelhos que constam na tabela abaixo fossem utilizados diariamente da mesma forma. Tabela: A tabela fornece a potência e o tempo efetivo de uso diário de cada aparelho doméstico. Supondo que o mês tenha 30 dias e que o custo de 1kWh é de R$0,40, o consumo de energia elétrica mensal dessa casa é de aproximadamente: (A) R$135. (B) R$165. (C) R$190. (D) R$210. (E) R$230. Resolução: A equação para o consumo de energia mostra que a energia elétrica consumida é dada pelo produto da potência em KW e o tempo de uso em horas. Sendo assim, temos: E = P . Δt Essa equação deve ser aplicada para cada um dos aparelhos indicados na tabela. O tempo de uso indicado deve ser multiplicado por 30 para que o consumo mensal seja considerado.
O consumo total de energia elétrica é dado pela soma das energias de cada equipamento: ETOTAL = 360 + 33 + 60 + 105 + 18 = 576 KWh Como o preço de cada KWh é de R$ 0,40, o valor a ser pago é de: 576 KWh. 0,40 = R$ 230,4 Alternativa: E 138) Em uma época de intenso calor, um aparelho de ar-condicionado com potência de 1500W ficou ligado por mais tempo, chegando à marca mensal de consumo igual a 7500Wh. Determine por quanto tempo esse aparelho ficou ligado por dia. (A) 2 h (B) 4 h (C) 5 h (D) 6 h (E) 7,5 h Resolução: Por meio da equação para a energia elétrica consumida, temos: E = P.Δt Sendo 1500 W a potência do equipamento e 7500 Wh a sua energia consumida, temos: 7500 = 1500. Δt Δt = 5 h Alternativa: C 139) (IFSP) Ao entrar em uma loja de materiais de construção, um eletricista vê o seguinte anúncio: ECONOMIZE: Lâmpadas fluorescentes de 15 W têm a mesma luminosidade (iluminação) que lâmpadas incandescentes de 60 W de potência. De acordo com o anúncio, com o intuito de economizar energia elétrica, o eletricista troca uma lâmpada incandescente por uma fluorescente e conclui que, em 1 hora, a economia de energia elétrica, em kWh, será de (A) 0,015. (B) 0,025. (C) 0,030. (D) 0,040. (E) 0,045. Resolução: Consumo de energia: E = P . Δt Fluorescente 0,015.1= 0,015 Incandescente 0,060.1 = 0,060 Economia 0,060 – 0,015 = 0,045 Alternativa: E 140) (PUC MG) A geração de energia elétrica através da luz se dá pelo uso de células fotossensíveis, chamadas de células solares fotovoltaicas. As células fotovoltaicas em geral são constituídas de materiais semicondutores, com características cristalinas e depositadas sobre sílica. Essas células, agrupadas em módulos ou painéis, compõem os painéis solares fotovoltaicos. A quantidade de energia gerada por um painel solar é limitada pela sua potência, ou seja, um painel de 145 W, com seis horas úteis de sol, gera aproximadamente 810 Watts por dia. Fonte http://www.sunlab.com.br/Energia_solar_Sunlab.htm Assinale o número de horas em que o painel acima consegue manter acesa uma lâmpada fluorescente de 9 Watts. (A) 9 h (B) 18 h (C) 58 h (D) 90 h Resolução: Em um dia, o consumo da lâmpada fluorecente é: E = P . Δt E = 9 x 24 = 216 kW.h A produção de energia diária do painel é: E = P . Δt E = 810 x 24 E = 19.440 Wh Então, dividindo a energia total produzida pelo painel pelo gasto da lâmpada teremos um total de 90 h. Alternativa: D 141) Determine a energia consumida mensalmente por um chuveiro elétrico de potência 4000W em uma residência onde vivem quatro pessoas que tomam, diariamente, 2 banhos de 12 min. Dê sua resposta em kWh. (A) 192 (B) 158 (C) 200 (D) 300 (E) 90 Resolução: Consumo de energia elétrica: E = P x Δt Sabendo que são 8 banhos com duração total de 96 min (1,6h) e considerando os 30 dias do mês, temos: E = 4000 . 1,6 . 30 E = 192.000 E = 192 kWh Alternativa: A 142) Sobre um resistor de 100 Ω passa uma corrente de 3 A. Se a energia consumida por este resistor foi de 2Kwh, determine aproximadamente quanto tempo ele permaneceu ligado à rede. (A) 15h (B) 1,5h (C) 2h (D) 3 h (E) 6h Resolução: Da equação da energia consumida temos que E = P . Δt Potência pode ser definida como P = R.i2 E = R.i2 . Δt 2000 w.h = 100 . 32 . Δt 2000 w.h = 900 w . Δt Δt = 2,2h CIRCUITO ELÉTRICO É um conjunto formado por um gerador elétrico, um condutor em circuito fechado e um elemento capaz de utilizar a energia produzida pelo gerador. Uma das preocupações em construir uma moradia é a execução correta das instalações elétricas, que privilegiem durabilidade, bom funcionamento, conforto e segurança. Ter todas as tomadas no lugar apropriado, interruptores suficientes e um disjuntor bem dimensionado que não desarme fora das situações de risco são os requisitos mínimos para o bom funcionamento da instalação elétrica, e só podem ser alcançados, em sua plenitude, através de um planejamento prévio, o Projeto de Instalações Elétricas Residenciais. O projeto prevê não só o conforto como também obedece a um padrão rígido de normas de segurança da NBR5410. A execução desse projeto pode ser feita por qualquer profissional capacitado, sendo que para isso é necessário que no mínimo esse profissional saiba interpretar o diagrama elétrico. Confira abaixo a simbologia mais geral utilizada nesse tipo de diagrama. Observação: cada uma das situações representa um circuito elétrico, isto é, um conjunto de aparelhos com os quais pode-se estabelecer uma corrente elétrica. (figura a) ou a um motor elétrico (figura b). Curto-circuito É uma ligação acidental ou intencional entre duas partes de um circuito, que, por possui baixa resistência elétrica, permite a passagem de corrente de grande intensidade.
Causas dos circuitos:
DISPOSITIVOS ELÉTRICOS Dispositivos de Manobra Esquema do Interruptor Dispositivos de Segurança
Fusível Dispositivos de controle Amperímetro, Voltímetro e Galvanômetro RESOLVIDAS / CIRQUÍTO & RESISTÊNCIA 143) Assinale o dispositivo elétrico capaz de transformar parte da energia elétrica a ele fornecida em outras formas de energia que não sejam exclusivamente a energia térmica. (A) Resistor (b) Voltímetro (C) Amperímetro (D) Gerador (E) Receptor Resolução:
Alternativa: E 144)Chuveiros elétricos, lâmpadas incandescentes, fios condutores e ferros elétricos possuem algo em comum: todos podem ser classificados no mesmo grupo de dispositivos elétricos. Esses dispositivos podem ser considerados como: (A) Receptores (B) Resistores (C) Fusíveis (D) Disjuntores (E) Geradores Resolução: Todos os dispositivos que foram listados no enunciado do exercício possuem como principal função a conversão integral de energia elétrica em calor por meio do Efeito Joule. Dessa forma, podemos considerá-los como resistores. Alternativa: B 145)Alguns dispositivos de segurança utilizados em circuitos elétricos possuem o intuito de interromper a passagem de grandes correntes elétricas que poderiam ser prejudiciais para o seu funcionamento. São dispositivos de segurança: (A) Pilhas (B) Resistor e varistor (C) Fusível e disjuntor (D) Interruptor (E) Amperímetro e voltímetro Resolução: Entre os dispositivos listados, apenas dois possuem o papel de assegurar que a corrente elétrica formada no circuito não ultrapasse um valor crítico: os fusíveis e os disjuntores. Os fusíveis são produzidos a partir de um fio metálico com baixo ponto de fusão. Com o aumento da corrente elétrica, esse pequeno fio derrete, e a corrente elétrica é interrompida. Os disjuntores mais comuns, por sua vez, são compostos por lâminas bimetálicas, cuja deformação pelo aquecimento excessivo interrompe a passagem de corrente elétrica. Alternativa: C 146) Assinale a alternativa incorreta acerca dos dispositivos usados em circuitos elétricos: (A) Os geradores são usados para fornecer a diferença de potencial necessária para o funcionamento dos circuitos elétricos. (B) Os motores elétricos são bons exemplos de receptores: transformam parte da energia elétrica em energia cinética e sofrem pequenas perdas de energia pelo efeito Joule. (C) Pilhas são geradores que transformam energia química em energia elétrica. (D) Os fusíveis e disjuntores são usados para abaixar a corrente máxima formada nos circuitos. (E) Os interruptores são usados para ativação e desativação de circuitos elétricos por meio da interrupção da corrente elétrica. Resolução: Vamos analisar as alternativas A) Verdadeira – Os geradores, tais como as tomadas, pilhas ou baterias, fornecem a f.e.m. (força eletromotriz) necessária para o funcionamento do circuito. B) Verdadeira – Apesar de transformarem parte da energia elétrica que utilizam em sua operação em calor, a maior parte da energia utilizada pelos motores elétricos é convertida em energia cinética e, dessa forma, podemos considerá-los como receptores elétricos. C) Verdadeira – As pilhas são geradores, pois convertem parte da energia química presente nos compostos em seu interior em energia elétrica. D) Falsa – fusíveis e disjuntores são dispositivos condutores de baixa resistência elétrica, ou seja, sua utilização no circuito não afeta a condução de corrente elétrica. Eles apenas atuam como medidas de segurança. E) Verdadeira – Como o seu próprio nome diz, os interruptores interrompem a passagem de corrente elétrica por meio da desconexão dos fios condutores dos circuitos. Alternativa: D 147) (FUVEST) O arranjo experimental representado na figura é formado por uma fonte de tensão F, um amperímetro A, um voltímetro V, três resistores, R1, R2e R3, de resistências iguais, e fios de ligação. Quando o amperímetro mede uma corrente de 2 A, e o voltímetro, uma tensão de 6 V, a potência dissipada em R2 é igual a (A) 4W (B) 6W (C) 12 W (D) 18 W (E) 24 W Note e adote: A resistência interna do voltímetro é muito maior que a dos resistores (voltímetro ideal). As resistências dos fios de ligação devem ser ignoradas. Resolução: Os resistores R1 e R2 estão ligados em série e ligados juntos em paralelo com o resistor R3. A resistência equivalente entre os resistores em série, sabendo que todos são iguais (R), será: R' = R1 + R2 R' = R + R R' = 2R Como as resistências R' e R3 estão em paralelo, a resistência equivalente (R'') pode ser determinada pelo produto pela soma, de forma que: R'' = (R'.R3) ÷ (R' + R3) R'' = (2R.R) ÷ (2R + R) R'' = 2R2 ÷ 3R R'' = ⅔R Como a corrente total é 2 A, podemos encontrar a ddp total pela primeira lei de Ohm. U = R.i U = ⅔R . 2 U = 4/3 R Aplicando a primeira lei de Ohm sobre o resistor R3, temos: U = R3 . i 4/3 R = R . i i = 4/3 A Assim, a corrente que passa pelos resistores R1 e R2 é dada por: 2 = 4/3 + i i = 2 – 4/3 i = ⅔ A Como os resistores são iguais, a tensão sobre R1 e R2 é a mesma, logo, a potência é dada por: P = U.i P = 6 . ⅔ P = 4 w. Alternativa: A 148) (UFU) Comumente se ouve falar dos perigos da alta voltagem em dispositivos elétricos. Todavia, uma alta voltagem pode não significar uma grande quantidade de energia se (A) o potencial elétrico envolvido for constante. (B) a quantidade de carga envolvida for baixa. (C) o campo elétrico envolvido for uniforme. (D) a força elétrica envolvida for baixa. Resolução: O perigo da alta voltagem está na quantidade de cargas elétricas que podem danificar tecidos humanos em caso de choque elétrico. Alternativa: B 149) Em uma residência onde moram quatro pessoas há um chuveiro de potência 6 kW. Sabendo que cada morador toma dois banhos por dia de aproximadamente 10 min cada e que o chuveiro sempre permanece na posição inverno, determine a energia consumida pelo equipamento em kWh ao fim de 1 mês. (A) 640 (B) 280 (C) 100 (D) 120 (E) 240 Resolução: O tempo que o chuveiro permanece ligado a cada mês (30 dias) pode ser dado por: Δt = 4 pessoas X 10 min X 2 banhos X 30 dias Δt = 2400 min ÷ 60 = 40 h Sabendo que a energia consumida é o produto do tempo de funcionamento pela potência do equipamento, podemos escrever: E = P . Δt E = 6 kW. 40H E = 240 kWh Alternativa: E 150) A respeito da geração de energia elétrica por meio das hidroelétricas, marque a alternativa correta. (A) A água deve ser armazenada o mais distante possível das turbinas para que possa existir a possibilidade de alta velocidade com força suficiente para girar as turbinas. (B) A água gira as turbinas para que, por meio do fenômeno da indução eletromagnética, a energia elétrica possa ser gerada. (C) Quanto mais alta for a barragem da hidroelétrica, menor será a energia potencial gravitacional e maior será a velocidade dada à água para girar as turbinas. (D) No Brasil, as únicas formas de geração de energia são as hidroelétricas e as termoelétricas. (E) Todas as alternativas estão incorretas. Resolução: A queda d'água fornece energia cinética à água, que, ao girar as turbinas, proporciona movimento relativo entre bobinas e ímãs, gerando eletricidade por meio do fenômeno da indução eletromagnética. Alternativa: B 151)A tabela a seguir mostra os principais eletrodomésticos e suas quantidades em uma residência com quatro pessoas, a potência elétrica de cada equipamento e o tempo mensal de funcionamento em horas. Supondo que a companhia de energia elétrica cobre R$ 0,50 por cada KWh consumido, determine o custo mensal da energia elétrica para essa residência. (A) R$ 215,00 (B) R$ 178,25 (C) R$ 355,00 (D) R$ 329,30 (E) R$ 274,40 Resolução: A equação para o consumo de energia mostra que a energia elétrica consumida é dada pelo produto da potência em KW e o tempo de uso em horas. Sendo assim, temos: E = P . Δt Essa equação deve ser aplicada para cada um dos aparelhos indicados na tabela. Os valores das potências devem ser divididos por 1000 para serem transformados em KW. Sendo assim, temos: Chuveiro: CHUVEIRO = 5,5. 30 = 165 KWh Ferro elétrico: FERRO = 1.10 = 10 KWh Geladeira: EGELADEIRA = 0,5.720 = 360 KWh Lâmpadas: LÂMPADA = 0,1.120 = 12 KWh. Essa resposta corresponde a apenas uma lâmpada, portanto, ela deve ser multiplicada pela quantidade total desse equipamento, que é de 10 unidades. Sendo assim, temos: LÂMPADA = 120 KWh TV: TV = 0,09.20 = 1,8 KWh. Essa resposta corresponde a apenas uma TV, portanto, ela deve ser multiplicada pela quantidade total desse equipamento, que é de 2 unidades. Sendo assim, temos: TV = 3,6 KWh O consumo total de energia elétrica será dado pela soma das energias de cada equipamento: ETOTAL = 165 + 10 + 360 + 120 + 3,6 = 658,6 KWh Como o preço de cada KWh é de R$ 0,50, o valor a ser pago será de: 658,6. 0,50 = R$ 329,3 Alternativa: D 142) O chuveiro elétrico de uma residência possui potência elétrica equivalente a 5000 W. Sabendo que nessa casa moram cinco pessoas e que cada uma toma dois banhos diários de 15 min, determine o consumo de energia elétrica mensal em KWh correspondente ao chuveiro. (A) 150 KWh (B) 250 KWh (C) 475 KWh (D) 300 KWh (E) 375 KWh Resolução: Primeiramente, faz-se necessário saber quanto tempo o chuveiro é utilizado por mês. Há um total de 10 banhos por dia com duração de 15 min cada, logo, são 150 min por dia e 4500 min por mês (150 x 30 = 4500). Sabendo que 60 min são 1h, deve-se dividir o tempo total por 60 para se ter o valor em horas: Δt = 4500 ÷ 60 = 75 h Conhecendo a potência do chuveiro, podemos determinar a energia consumida pela seguinte equação: E = P.Δt A potência do chuveiro deve ser dividida por 1000 para ser transformada em KW, logo, temos: E = 5. 75 = 375 KWh Alternativa: E 143) (ENEM) Entre as inúmeras recomendações dadas para a economia de energia elétrica em uma residência, destacamos as seguintes: Substitua lâmpadas incandescentes por fluorescentes compactas. Evite usar o chuveiro elétrico com a chave na posição “inverno” ou “quente”. Acumule uma quantidade de roupa para ser passada a ferro elétrico de uma só vez. Evite o uso de tomadas múltiplas para ligar vários aparelhos simultaneamente. Utilize, na instalação elétrica, fios de diâmetros recomendados às suas finalidades. A característica comum a todas essas recomendações é a proposta de economizar energia através da tentativa de, no dia a dia, reduzir (A) a potência dos aparelhos e dispositivos elétricos. (B) o tempo de utilização dos aparelhos e dispositivos. (C) o consumo de energia elétrica convertida em energia térmica. (D) o consumo de energia térmica convertida em energia elétrica. (E) o consumo de energia elétrica através de correntes de fuga. Resolução: Todas as recomendações citadas no enunciado da questão fazem referência à diminuição da quantidade de energia elétrica transformada em calor por meio do fenômeno denominado de efeito Joule. Esse efeito consiste na transformação de eletricidade em calor e é responsável pelo alto consumo de energia elétrica. Alternativa: C 144) (ENEM) Podemos estimar o consumo de energia elétrica de uma casa considerando as principais fontes desse consumo. Pense na situação em que apenas os aparelhos que constam na tabela abaixo fossem utilizados diariamente da mesma forma. Tabela: A tabela fornece a potência e o tempo efetivo de uso diário de cada aparelho doméstico. Supondo que o mês tenha 30 dias e que o custo de 1 KWh é de R$0,40, o consumo de energia elétrica mensal dessa casa é dem aproximadamente: (A) R$135. (B) R$165. (C) R$190. (D) R$210. (E) R$230. Resolução: A equação para o consumo de energia mostra que a energia elétrica consumida é dada pelo produto da potência em KW e o tempo de uso em horas. Sendo assim, temos: E = P.Δt Essa equação deve ser aplicada para cada um dos aparelhos indicados na tabela. O tempo de uso indicado deve ser multiplicado por 30 para que o consumo mensal seja considerado. Ar-condicionado: EARC = 1,5. 240 = 360 KWh Chuveiro: CHUVEIRO = 3,3.10 = 33 KWh Freezer: FREEZER = 0,2.300 = 60 KWh Geladeira: GELADEIRA = 0,35.300 = 105 KWh Lâmpadas: LAMPADÂS = 0,10.180 = 18 KWh O consumo total de energia elétrica é dado pela soma das energias de cada equipamento: ETOTAL = 360 + 33 + 60 + 105 + 18 = 576 KWh Como o preço de cada KWh é de R$ 0,40, o valor a ser pago é de: 576 KWh. 0,40 = R$ 230,4 Alternativa: E 145)Em uma época de intenso calor, um aparelho de ar-condicionado com potência de 1500 W ficou ligado por mais tempo, chegando à marca mensal de consumo igual a 7500 W.h. Determine por quanto tempo esse aparelho ficou ligado por dia. (A) 2 h (B) 4 h (C) 5 h (D) 6 h (E) 7,5 h Resolução: Por meio da equação para a energia elétrica consumida, temos: E = P.Δt Sendo 1500 W a potência do equipamento e 7500 Wh a sua energia consumida, temos: 7500 = 1500. Δt Δt = 5 h Alternativa: C 146) Qual é a resistência equivalente da associação a seguir: Associação mista de resistores (A) 80 (B) 100 (C) 90 (D) 62 (E) 84 Resolução: Inicialmente, devemos encontrar o valor da associação de resistores que estão em paralelo, ou seja, a resistência equivalente entre os resistores de 20 e 30:
Isso significa que a resistência equivalente entre os resistores de 20 e 30 equivale a um resistor de 12. Conforme a figura: Agora para encontrar a resistência equivalente, basta somar as duas resistências da figura: Req = 12 + 50 Req = 62 Ω Alternativa: D 147) Dois resistores, R1 = 15 e R2 = 30, são associados em paralelo. À associação é aplicada uma ddp de 80V. Qual será a intensidade da corrente na associação? (A) 12,0 A (B) 4,0 A (C) 6,0 A (D) 8,0 A (E) 2,4 A Resolução: Inicialmente, devemos encontrar o valor da resistência equivalente: Encontrado o valor da resistência equivalente, basta agora calcular a corrente i, com a Lei de Ohm:
Alternativa: D 148) (PUC - RJ) Quando as resistências R1 e R2 são colocadas em série, elas possuem uma resistência equivalente de 6. Quando R1 e R2 são colocadas em paralelo, a resistência equivalente cai para 4/3. Os valores das resistências R1 e R2, em W, são, respectivamente: (A) 5 e 1 (B) 3 e 3 (C) 4 e 2 (D) 6 e 0 (E) 0 e 6 Resolução: A resistência equivalente da associação em série é dada por: Req = R1 + R2 Então, temos que R1 + R2 = 6. Quando temos duas resistências em paralelo, podemos calcular a resistência equivalente com a equação: Substituindo R1 + R2 por 6, e Req por 4/3, como foi dado no problema, temos: O produto de R1 por R2 é Lembrando que R1 = 6 – R2, e substituindo esse valor na equação acima Aplicando a propriedade distributiva, teremos Resolvendo essa equação do segundo grau, temos que R2 assume os valores: R2 = 2 e R2 = 4 Alternativa: C 149)Assinale a alternativa correta em relação aos circuitos mistos: (A) Circuitos mistos são circuitos que apresentam vários dispositivos diferentes, como capacitores, resistores, diodos etc. (B) A resistência equivalente para uma associação de resistores em paralelo terá sempre um valor menor do que o da menor resistência que compõe o circuito. (C) Em uma associação de resistores em série, o valor da corrente elétrica total é a soma das correntes elétricas de todos os resistores. (D) Quando se quer manter a ddp entre os terminais de vários resistores igual, eles devem ser associados em série. Resolução: A alternativa “a” é incorreta porque circuitos mistos apresentam associações de resistores tanto em série como em paralelo. A alternativa “b” é a correta. Na associação em paralelo, a resistência equivalente será menor que o valor da menor resistência que compõe o circuito. A alternativa “c” é incorreta porque, em uma associação em série, a corrente elétrica é constante em todos os resistores, sendo que, em cada resistor, ela terá valor igual ao da corrente fornecida pela fonte. E a alternativa “e” está incorreta porque o tipo de associação que mantém a ddp igual entre vários resistores é a associação em paralelo. Alternativa: A 150)Assinale o dispositivo elétrico capaz de transformar parte da energia elétrica a ele fornecida em outras formas de energia que não sejam exclusivamente a energia térmica. (A) Resistor (B) Voltímetro (C) Amperímetro (D) Gerador (E) Receptor Resolução: Vamos fazer uma análise de cada uma das alternativas: A) Falsa – Os resistores são componentes do circuito que possuem a capacidade de transformar a energia elétrica exclusivamente em calor por meio do Efeito Joule. São dispositivos usados principalmente para o aquecimento: chuveiro elétrico, sanduicheira, chapinha etc. B) Falsa – Os voltímetros são instrumentos de medida que, quando ligados em paralelo a algum trecho do circuito, indicam a diferença de potencial em Volts. C) Falsa – Analogamente ao voltímetro, o amperímetro é um dispositivo de medida usado para aferir a corrente elétrica formada no circuito. D) Falsa – O gerador do circuito é um dispositivo capaz de transformar diversas formas de energia em energia elétrica, produzindo assim a diferença de potencial necessária para o funcionamento do circuito. E) Verdadeira – Os receptores são dispositivos que se valem da energia fornecida pelo gerador em um circuito para transformá-la em outras formas de energia, tais como energia cinética, energia luminosa, sonora etc. Os eletrodomésticos em geral (com exceção dos aquecedores) são bons exemplos de receptores. Alternativa: E 151)Chuveiros elétricos, lâmpadas incandescentes, fios condutores e ferros elétricos possuem algo em comum: todos podem ser classificados no mesmo grupo de dispositivos elétricos. Esses dispositivos podem ser considerados como: (A) Receptores (B) Resistores (C) Fusíveis (D) Disjuntores (E) Geradores Resolução: Todos os dispositivos que foram listados no enunciado do exercício possuem como principal função a conversão integral de energia elétrica em calor por meio do Efeito Joule. Dessa forma, podemos considerá-los como resistores. Alternativa: B 152)Alguns dispositivos de segurança utilizados em circuitos elétricos possuem o intuito de interromper a passagem de grandes correntes elétricas que poderiam ser prejudiciais para o seu funcionamento. São dispositivos de segurança: (A) Pilhas (B) Resistor e varistor (C Fusível e disjuntor (D) Interruptor (E) Amperímetro e voltímetro Resolução: Entre os dispositivos listados, apenas dois possuem o papel de assegurar que a corrente elétrica formada no circuito não ultrapasse um valor crítico: os fusíveise os disjuntores. Os fusíveis são produzidos a partir de um fio metálico com baixo ponto de fusão. Com o aumento da corrente elétrica, esse pequeno fio derrete, e a corrente elétrica é interrompida. Os disjuntores mais comuns, por sua vez, são compostos por lâminas bimetálicas, cuja deformação pelo aquecimento excessivo interrompe a passagem de corrente elétrica. Alternativa: C 153) Assinale a alternativa incorreta acerca dos dispositivos usados em circuitos elétricos: (A) Os geradores são usados para fornecer a diferença de potencial necessária para o funcionamento dos circuitos elétricos. (B) Os motores elétricos são bons exemplos de receptores: transformam parte da energia elétrica em energia cinética e sofrem pequenas perdas de energia pelo efeito Joule. (C) Pilhas são geradores que transformam energia química em energia elétrica. (D) Os fusíveis e disjuntores são usados para abaixar a corrente máxima formada nos circuitos. (E) Os interruptores são usados para ativação e desativação de circuitos elétricos por meio da interrupção da corrente elétrica. Resolução: Vamos analisar as alternativas: A) Verdadeira– Os geradores, tais como as tomadas, pilhas ou baterias, fornecem a e.m.(força eletromotriz) necessária para o funcionamento do circuito. B) Verdadeira– Apesar de transformarem parte da energia elétrica que utilizam em sua operação em calor, a maior parte da energia utilizada pelos motores elétricos é convertida em energia cinética e, dessa forma, podemos considerá-los como receptores elétricos. C) Verdadeira – As pilhas são geradores, pois convertem parte da energia química presente nos compostos em seu interior em energia elétrica. D) Falsa– fusíveis e disjuntores são dispositivos condutores de baixa resistência elétrica, ou seja, sua utilização no circuito não afeta a condução de corrente elétrica. Eles apenas atuam como medidas de segurança. E) Verdadeira– Como o seu próprio nome diz, os interruptores interrompem a passagem de corrente elétrica por meio da desconexão dos fios condutores dos circuitos. Alternativa: D GERADORES ELÉTRICOS São dispositivos elétricos que mantem uma tensão elétrica entre dois pontos de um circuito, alimentando-o com energia elétrica. Força eletromotriz É a razão entre o trabalho W realizado pela bateria e a quantidade de carga q na qual esse trabalho é realizado. Associação de geradores Muitas vezes um circuito requer um valor de tensão ou de corrente que mão pode ser fornecido por um único gerador. Isso ocorre principalmente no caso de o gerador ser uma pilha. Associação de geradores em série: Associação de geradores em paralelo: Rendimento de um gerador É igual a razão entre a tensão estabelecida nos terminais do circuito e a força eletromotriz. Onde: U = Diferença de potencial efetiva (ddp) ε = Força eletromotriz (v) r = Resistência interna (Ω) i = Corrente elétrica (A) RESOLVIDAS – GERADORES ELÉTRICOS 154) (UFAL) Comumente denomina-se gerador qualquer aparelho no qual a energia química, mecânica ou de outra natureza é transformada em energia elétrica. A curva característica é o gráfico que relaciona a intensidade de corrente i no gerador com a diferença de potencial (ddp) U entre seus terminais. Considerando que o gráfico a seguir representa a curva característica de um gerador hipotético, qual a intensidade da corrente de curto-circuito desse gerador? (A) 0,15 A. (B) 1,5 A. (C) 15 A. (D) 30 A. (E) 32 A. Resolução: A equação do gerador é dada por: U = ε – r.i Onde: U = Diferença de potencial efetiva; ε = Força eletromotriz; r = Resistência interna; i = Corrente elétrica. A partir do gráfico, podemos escrever duas funções: 20 = ε – 5.r 14 = ε – 8.r Por meio da resolução do sistema composto pelas equações acima, podemos definir ε e r. Para resolver o sistema iremos multiplicar a segunda equação por – 1. 20 = ε – 5.r - 14 = - ε + 8.r Somando as equações termo a termo, teremos: 6 = 3.r r = 2 Ω Substituindo o valor da resistência interna em qualquer das equações, teremos: 20 = ε – 5.r 20 = ε – 5.2 20 + 10 = ε ε = 30V A corrente de curto-circuito (iCC) é a corrente elétrica referente à ddp nula, portanto com U = 0, teremos: U = ε – r.i 0 = 30 – 2.iCC 2.iCC = 30 iCC = 15 A Alternativa: C 155) (UEFS BA) O gerador elétrico é um dispositivo que fornece energia às cargas elétricas elementares, para que essas se mantenham circulando. Considerando-se um gerador elétrico que possui fem ε = 40,0V e resistência interna r = 5,0 Ω, é correto afirmar que (A) a intensidade da corrente elétrica de curto circuito é igual a 10,0A. (B) a leitura de um voltímetro ideal ligado entre os terminais do gerador é igual a 35,0V. (C) a tensão nos seus terminais, quando atravessado por uma corrente elétrica de intensidade i = 2,0A, é U = 20,0V. (D) a intensidade da corrente elétrica que o atravessa é de 5,6A, quando a tensão em seus terminais é de 12,0V. (E) ele apresenta um rendimento de 45%, quando atravessado por uma corrente elétrica de intensidade i = 3,0A. Resolução: A) ERRADA: A corrente elétrica de curto-circuito existe quando a ddp é nula, assim, aplicando a equação para os geradores, teremos: U = ε – r.i 0 = 40 – 5.iCC 5.iCC = 40 iCC = 8 A B) ERRADA: A leitura do voltímetro será 35 V somente se a corrente que fluir pelo circuito for igual à 1 A. C) ERRADA: Aplicando-se a equação do gerador, teremos: U = ε – r.i U = 40 – 5 . 2 U = 40 – 10 U = 30 V D) CORRETA: U = ε – r.i 12 = 40 – 5.i 5.i = 40 – 12 5.i = 28 i = 5,6 A E) ERRADA: Se i = 3 A, teremos: U = ε – r.i U = 40 – 5.3 U = 40 – 15 U = 35 V A razão entre a ddp real fornecida e a força eletromotriz é o rendimento do gerador, sendo assim, teremos: R = 35 ÷ 40 R = 0,87 = 87 % Alternativa: D 156)Um determinado gerador, que possui fem 2,0 V e resistência interna 0,5 Ω, está associado em série a uma pequena lâmpada de resistência 2 Ω. Determine a tensão elétrica existente entre os terminais do gerador. (A) 1,5 (B) 1,2 (C) 1,6 (D) 1,8 (E) 2,0 Resolução: A tensão elétrica entre os terminais da lâmpada será a mesma entre os terminais do gerador, sendo assim, a partir da equação dos geradores, escrevemos: U = ε – r.i A partir da primeira lei de Ohm, sabemos que U = R.i, logo: R.i = ε – r.i 2.i = 2 – 0,5.i 2.i + 0,5.i = 2 2,5.i = 2 i = 0,8 A Aplicando o valor da corrente à primeira lei de Ohm, teremos: U = R. i U = 2 . 0,8 U = 1,6 V Alternativa: C 157) Qual será a resistência interna para um gerador que possui fem igual a 50 V e rendimento de 60 % quando percorrido por uma corrente de 2,5 A? (A) 8 Ω (B) 4 Ω (C) 2 Ω (D) 16 Ω (E) 20 Ω Resolução: O rendimento é dado pela razão entre a ddp real fornecida pelo gerador e a força eletromotriz (fem), dessa maneira teremos: R = U ÷ ε U = R. ε U = 0,6 . 50 U = 30 V Aplicando a equação dos geradores, temos: U = ε – r.i 30 = 50 – r. 2,5 2,5.r = 50 – 30 2,5.r = 20 r = 8 Ω Alternativa: A RESOLVIDAS - GERADORES ELÉTRICOS E FORÇA ELETROMOTRIZ 158) No circuito abaixo, um gerador de f.e.m. 8V, com resistência interna de 1Ω, está ligado a um resistor de 3 Ω. Determine: a) a ddp entre os terminais A e B do gerador. Resolução:
159)Tem-se um gerador de f.e.m.E=12V e resistência interna r = 2,0 Ω. Determine: a) a ddp em seus terminais para que a corrente que o atravessa, tenha intensidade i = 2,0A; Resolução: a) Calculando a ddp U = E – r . i U = 12- 2,0. 2,0 U = 12 – 4,0 U = 8V b) Cálculo da intensidade da corrente U = E – r . i 10 = 12 – 2,0. i 2,0.i = 12 - 10 2,0.i = 2,0 i = 1,0 A 160) (UFRJ) O gráfico a seguir, representa a curva característica de um gerador. Analisando as informações do gráfico. Determine: a) a resistência interna do gerador Resolução:
161) Quando os terminais de uma pilha elétrica são ligados por um fio de resistência desprezível, passa por ele uma corrente de 20ª. Medindo a ddp entre os terminais da pilha, quando ela está em circuito aberto, obtém-se 1,0V. Determine f.e.m. E e a resistência interna r da pilha. Resolução: Ao ligarmos os terminais da pilha por um fio de resistência desprezível, ele ficará em curtocircuito. Nessas condições, pode-se concluir que icc = 20A. Mas também sabemos que a ddp nos terminais da pilha em circuito aberto é sua fem. Logo, E = 1,0 V De icc = E ÷ r 20 = 1,0 ÷ r r = 5,0 .10-2 Ω RECEPTORES São aparelhos que transformam energia elétrica em outro tipo de energia. RESOLVIDOS - RECEPTORES ELÉTRICOS 162) (UPE) Um motor elétrico sob tensão 220 V é alimentado por uma corrente elétrica de 10 A. A potência elétrica útil do motor é de 2000 W. Assinale a alternativa que corresponde à força contraeletromotriz, em volts, à resistência interna do motor, em ohms, e ao rendimento elétrico do motor, respectivamente. (A) 200; 2; 0,80 (B) 200; 2; 0,91 (C) 400; 4; 1 (D) 400; 4; 0,80 (E) 400; 4; 1,5 Resolução: A potência total de um receptor é dada pelo produto da corrente elétrica e a ddp total fornecida. PTOTAL = U . i PTOTAL = 220 . 10 = 2200 W A potência útil de um receptor é dada pelo produto da força contraeletromotriz e a corrente elétrica. PÚTIL = ε' . i A potência dissipada pelo receptor é dada pelo produto da resistência interna pelo quadrado da corrente elétrica: PDISSIPADA = r.i2 Sabendo que a potência total é a soma da útil com a dissipada, temos: PTOTAL = PÚTIL + PDISSIPADA 2200 = 2000 + PDISSIPADA PDISSIPADA = 200 w Assim, podemos determinar a resistência elétrica: PDISSIPADA = r.i2 200 = r . 102 200 = r . 100 r = 2 Ω Aplicando a equação do receptor, pode-se determinar a força contraeletromotriz. U = ε' + r.i 220 = ε' + 2.10 220 = ε' + 20 ε' = 200 V O rendimento do receptor será dado pela razão entre a força contraeletromotriz e a ddp total fornecida. R = ε' ÷ U R = 200 ÷ 220 R ≈ 0,91 Alternativa: B 163) (Mackenzie SP) O vendedor de um motor elétrico de corrente contínua informa que a resistência interna desse motor é 1,0 Ω e que o mesmo consome 30,0 W, quando ligado à d.d.p. de 6,0 V. A força contraeletromotriz (f.c.e.m.) do motor que ele está vendendo é: (A) 6,0 V (B) 5,0 V (C) 3,0 V (D) 1,0 V (E) 0,8 V Resolução: A potência total consumida é dada pelo produto da ddp pela corrente: PTOTAL = U . i 30 = 6 . i i = 5 A Aplicando a equação do receptor, teremos: U = ε' + r.i 6 = ε' + 1.5 6 = ε' + 5 ε' = 1 V Alternativa: D 164) A respeito dos receptores elétricos, marque a alternativa incorreta: (A) Os receptores são equipamentos que transformam energia elétrica em outra modalidade de energia que não seja exclusivamente energia térmica. (B) A potência dissipada por um receptor é fruto do produto da resistência interna pelo quadrado da corrente elétrica que flui pelo sistema. (C) A potência útil de um receptor é dada pelo produto da força contraeletromotriz pela corrente elétrica. (D) A curva característica de um receptor é decrescente. (E) A curva característica de um receptor é oposta à curva característica de um gerador. Resolução: A curva característica de um receptor é crescente. Alternativa: D 165) Qual será a força contraeletromotriz de um receptor elétrico que possui resistência interna de 2 Ω, quando submetido a uma ddp de 200 V e percorrido por uma corrente elétrica de 20 A? (A) 160 (B) 150 (C) 140 (D) 120 (E) 100 Resolução: Aplicando-se a equação do receptor, temos: U = ε' + r.i 200 = ε' + 2 . 20 200 = ε' + 40 ε' = 200 – 40 ε' = 160 V Alternativa: A 166) A potência utilizada por um receptor, quando alimentado por uma fonte de tensão de 120,0 V, é igual a 90,0 V. Podemos dizer que a tensão dissipada por esse receptor é equivalente a: (A) 120,0 V (B) 210,0 V (C) 30,0 V (D) 90,0 V (E) 60,0 V Resolução: A potência total fornecida a um receptor é dada pela soma das potências dissipada e útil. Dessa forma, temos que: PT = PU + PD 120,0 = 90,0 + PD PD = 120,0 – 90 + PD PD = 120,0 – 90, 0 = 30,0V Portanto, é correto afirmar que a potência dissipada por esse receptor é de 30,0 V. Alternativa: C 167) Um receptor elétrico de força contraeletromotriz igual a 9,0 V é ligado em uma tensão de 12,0 V e passa a ser percorrido por uma corrente elétrica de 1,0. A potência dissipada por esse receptor é igual a: (A) 12,0 W (B) 3,0 W (C) 21,0 W (D) 108 W (E) 9,0 W Resolução: O balanço de energia nos receptores nos informa que: PT = PU + PD A equação mostrada acima pode ser reescrita em termos da tensão total e da força contraeletromotriz: (120,0 . 1,0) = 9,0 . 1,0) + PD PD = 12,0 – 9,0 = 3,0V Logo, a potência dissipada pelo receptor deve ser igual a 3,0 W. Alternativa: B 168) Um receptor elétrico opera com força contraeletromotriz de 80,0 V quando ligado em uma rede de tensão elétrica igual a 110,0 V. O valor mais próximo de seu rendimento é de: (A) 95% (B) 90% (C) 65% (D) 80% (E) 72% Resolução: Observe a equação a seguir. Com ela, podemos calcular o rendimento de um receptor por meio da razão entre a sua força contraeletromotriz e a tensão estabelecida em seus terminais: Dessa forma, tomando os dados informados pelo enunciado do exercício, o rendimento desse receptor é de: No cálculo acima, após fazermos a razão de E por U, multiplicamos o resultado por 100, a fim de transformá-lo em uma porcentagem, resultando em aproximadamente 72% de rendimento. Alternativa: E 169)Um receptor cuja força contraeletromotriz é de 8,0 V é ligado em uma bateria de 10,0 V, estabelecendo-se sobre ele uma corrente elétrica de 0,5 A. A resistência interna desse receptor é igual a: (A) 2,0 Ω (B) 0,5 Ω (C) 4,0 Ω (D) 6,0 Ω (E) 3,0 Ω Resolução: A equação dos receptores nos informa que o potencial elétrico total fornecido a um receptor, em Volts (U), é igual ao potencial mínimo necessário para o seu funcionamento, a força contraeletromotriz (E), somada ao potencial elétrico dissipado em decorrência do efeito Joule (r.i), logo: U = E + r . ri Tomando os dados fornecidos pelo enunciado do exercício teremos: Portanto, esse receptor tem resistência interna de 4,0 Ω. Alternativa: C CAPACITORES Também chamado de condensador, ele é um dispositivo de circuito elétrico que tem como função armazenar cargas elétricas e consequente energia eletrostática, ou elétrica. Ele é constituído de duas peças condutoras que são chamadas de armaduras. Entre essas armaduras existe um material que é chamado de dielétrico.
Capacitância de um capacitor de placas paralelas Dielétrico É uma substância isolante que possui alta capacidade de resistência ao fluxo de corrente elétrica. A utilização dos dielétricos tem várias vantagens. A mais simples de todas elas é que com o dielétrico podemos colocar as placas do condutor muito próximas sem o risco de que eles entrem em contato. Qualquer substância que for submetida a uma intensidade muito alta de campo elétrico pode ser tornar condutor, por esse motivo é que o dielétrico é mais utilizado do que o ar como substância isolante, pois se o ar for submetido a um campo elétrico muito alto ele acaba por se tornar condutor. Dispositivos que utilizam capacitores: São utilizados nos mais variados tipos de circuitos elétricos, nas máquinas fotográficas armazenando cargas para o flash, por exemplo. Eles podem ter o formato cilíndrico ou plano, dependendo do circuito ao qual ele está sendo empregado.
CAPACITORES ELÉTRICOS - QUESTÕES RESOLVIDAS170) (UFV) Duplicando-se a diferença de potencial entre as placas de um capacitor, é CORRETO afirmar que: (A) a carga e a capacitância do capacitor também são duplicadas (B) a carga e a capacitância do capacitor permanecem constantes (C) a carga do capacitor é duplicada, mas sua capacitância permanece constante (D) a carga e a capacitância do capacitor são reduzidas à metade dos valores iniciais (E) a carga do capacitor é duplicada, e sua capacitância é dividida pela metade Resolução: Podemos calcular a capacitância de um capacitor por meio da seguinte equação: Analisando a equação acima, pode-se notar que a capacitância depende de fatores geométricos, tais como a área das placas do capacitor e a distância entre as placas, além da permissividade dielétrica do meio inserido entre elas. Portanto, a capacitância permanece constante. Duplicando-se a diferença de potencial entre as placas do capacitor, a sua carga tende a dobrar, de acordo com a seguinte equação: C = Q / V Multiplicando cruzado os termos da equação acima, temos a seguinte relação para a carga elétrica: Q = C . V Para uma tensão 2V, teremos o seguinte cálculo: Q’ = C (2V) Q’= 2CV Alternativa: C 171) Um capacitor consegue armazenar cargas de até 1 nC para uma diferença de potencial entre suas placas de 1 mV. Indique, entre as alternativas abaixo, o módulo da capacitância desse dispositivo: (A) 3.10-3 F (B) 1.10-6 F (C) 1.10-3 F (D) 5.10-6 F (E) 4.10-5 F Resolução: Podemos relacionar a capacitância à quantidade de carga (Q) armazenada em um capacitor para uma dada diferença de potencial (V) pela equação abaixo: C = Q / V De acordo com os dados fornecidos no enunciado do exercício, temos que: Lembre-se: 1 nC = 1 nanoCoulomb (10-9 C) e 1 mV = 1 miliVolt (10-3 V). Alternativa: B 172) Entre as placas dos capacitores, costuma-se inserir um material dielétrico preferencialmente ao vácuo. A inserção de um material dessa natureza entre as placas de um capacitor: (A) aumenta a sua capacitância por causa da sua maior permissividade elétrica (B) aumenta a sua capacitância, diminuindo a quantidade de cargas entre as suas placas (C) não afeta a sua capacitância (D) diminui a sua capacitância, por causa da sua maior permissividade elétrica (E) não afeta a formação do campo elétrico entre as placas do capacitor Resolução: A) Verdadeiro – A constante de permissividade elétrica do vácuo é baixa – por isso, ao inserirmos um material dielétrico entre as placas do capacitor, aumenta-se a sua capacitância, já que é possível armazenar uma quantidade maior de cargas nesses materiais, para uma mesma diferença de potencial; B) Falso – O módulo da carga elétrica entre as placas pode aumentar, não diminuir; C) Falso – A capacitância aumenta ao inserirmos um meio dielétrico entre as placas do capacitor; D) Falso – A capacitância é afetada de modo que o seu valor aumente, uma vez que a inserção de um meio dielétrico entre suas placas aumenta a sua permissividade elétrica, em vez de diminui-la; E) Falso – A capacitância é afetada pela alteração da permissividade elétrica do meio, que é responsável por afetar a maneira como os campos elétricos se propagam em seu interior. Alternativa: A 173) Em relação à capacitância de um capacitor de placas paralelas, assinale o que for FALSO: (A) a capacitância é diretamente proporcional à área dos capacitores (B) a capacitância é inversamente proporcional à distância entre os capacitores (C) a permissividade elétrica é uma característica que depende do material inserido entre as placas do capacitor (D) quanto maior for a capacitância de um capacitor, menos carga ele pode armazenar para uma determinada tensão elétrica (E) quanto menor for a capacitância de um capacitor, menos carga ele pode armazenar para uma determinada tensão elétrica Resolução: A capacitância dos capacitores de placas paralelas é dada pela equação abaixo: Da relação acima, nota-se que a capacitância (C) é diretamente proporcional à área e à permissividade elétrica do meio inserido entre suas placas e inversamente proporcional à distância entre as placas (d). No entanto, quanto maior for a capacitância do dispositivo, mais carga ele conseguirá armazenar para uma mesma tensão elétrica. Alternativa: C POTÊNCIA ELÉTRICA É uma grandeza física que mede a energia que está sendo transformada na unidade de tempo, ou seja, mede o trabalho realizado por uma determinada máquina na unidade de tempo. A energia elétrica entre dois pontos de um condutor é igual ao trabalho realizado pelas cargas elétricas entre estes dois pontos, ou seja: Eel=Δq.U Onde: P = é a potência, que é dada em watt (W) i = é a corrente elétrica, que é dada por ampère (A) U = é a tensão, que é dada em volt (V) Eel = energia elétrica (A) Δq = variação de carga elétrica (C) U = diferença de potencia, tensão elétrica dada em volt (V) Pela definição vimos que a potência é energia por tempo, logo, a potencia elétrica é energia elétrica por tempo: P = Eel / Δt Substituindo Eel por Δq.U, temos: P = Δq.U / Δt Mas, sabemos que Δq/Δt define outra grandeza física, a corrente elétrica i= Δq/Δt, sendo assim: P = U. i E esta é a equação mais utilizada para potência elétrica. Mas, em muitos exercícios de vestibulares o vestibulando deve calcular a potência elétrica dissipada em resistores, para resolver estes exercícios deve-se utilizar a primeira lei de Ohm. U= R. i Aplicando a equação de potência elétrica e a equação da primeira lei de Ohm, temos duas equações para a potência elétrica dissipada em um resistor. Primeira equação: P = U .i sendo i = U / R Temos, P = U2 / R Segunda equação: P = U . i sendo U = R.i P = i2. R Potência elétrica Podemos dizer que ainda hoje uma das maiores preocupações mundiais refere-se ao consumo de energia elétrica. Além de a energia elétrica aumentar o orçamento das famílias, sua produção e sua distribuição constituem um grande desafio para os governantes das mais diversas nações. Você já deve ter comprado lâmpadas para sua casa ou ao menos deve ter trocado uma lâmpada queimada. Para isso, duas coisas foram observadas: a tensão da rede local (110 V ou 220 V) e a potência nominal da lâmpada. Podemos dizer que a potência está ligada ao brilho da lâmpada e à energia que está sendo transformada em cada unidade de tempo. Assim, quando utilizada nas condições especificadas pelo fabricante da lâmpada, uma lâmpada de 100W brilha mais e também consome mais energia que uma lâmpada de 50W. Em meio a esse exemplo podemos dizer que potência é uma grandeza física que mede a energia que está sendo transformada na unidade de tempo, ou seja, mede o trabalho realizado por uma determinada máquina na unidade de tempo. Assim, temos:
Potência em dispositivos elétricos Podemos dizer que a função básica de uma máquina, elétrica ou não, é transformar energia. Na eletricidade, os dispositivos elétricos estão constantemente transformando energia: o gerador de eletricidade transforma energia não elétrica em energia elétrica, o resistor transforma energia elétrica em calor, etc. Para transportar uma carga elétrica entre dois pontos cuja diferença de potencial é U, o trabalho realizado pela força elétrica é Portanto, temos: Como:
Vimos que a intensidade da corrente elétrica que atravessa uma seção de um fio é dada por: Substituindo i no lugar do quociente q/Δt, a nova configuração da equação é: P = i . U RESOLVIDAS – POTÊNCIA ELÉTRICA 174) (IFSP) Ao entrar em uma loja de materiais de construção, um eletricista vê o seguinte anúncio: ECONOMIZE: Lâmpadas fluorescentes de 15W têm a mesma luminosidade (iluminação) que lâmpadas incandescentes de 60W de potência. De acordo com o anúncio, com o intuito de economizar energia elétrica, o eletricista troca uma lâmpada incandescente por uma fluorescente e conclui que, em 1 hora, a economia de energia elétrica, em kWh, será de (A) 0,015. (B) 0,025. (C) 0,030. (D) 0,040. (E) 0,045. Resolução: Da equação do consumo de energia temos: E = P . Δt EFLUORECENTE = 0,015x1 = 0,015 EINCANDECENTE = 0,060x1 = 0,060 Economia = 0,060 – 0,015 = 0,045 As potências foram divididas por 1000, sendo transformadas em kW. Alternativa: E 175) (PUC MG) A geração de energia elétrica através da luz se dá pelo uso de células fotossensíveis, chamadas de células solares fotovoltaicas. As células fotovoltaicas em geral são constituídas de materiais semicondutores, com características cristalinas e depositadas sobre sílica. Essas células, agrupadas em módulos ou painéis, compõem os painéis solares fotovoltaicos. A quantidade de energia gerada por um painel solar é limitada pela sua potência, ou seja, um painel de 145W, com seis horas úteis de sol, gera aproximadamente 810Watts por dia. Fonte http://www.sunlab.com.br/Energia_solar_Sunlab.htm Assinale o número de horas em que o painel acima consegue manter acesa uma lâmpada fluorescente de 9 Watts. (A) 9 h (B) 18 h (C) 58 h (D) 90 h Resolução: Em um dia, o consumo da lâmpada fluorecente é : E = P . Δt E = 9 x 24 = 216 W.h A produção de energia diária do painel é: E = P . Δt E = 810 x 24 = 19.440 Wh Então, dividindo a energia total produzida pelo painel pelo gasto da lâmpada teremos um total de 90 h. Alternativa: D 176) Determine a energia consumida mensalmente por um chuveiro elétrico de potência 4000W em uma residência onde vivem quatro pessoas que tomam, diariamente, 2 banhos de 12 min. Dê sua resposta em kWh. (A) 192 (B) 158 (C) 200 (D) 300 (E) 90 Resolução: Da equação da energia consumida temos que: E = P . Δt Sabendo que são 8 banhos com duração total de 96 min (1,6h) e considerando os 30 dias do mês, temos: E = 4000 . 1,6 . 30 = 192.000 = 192 Kwh Alternativa: A 177) Sobre um resistor de 100 Ω passa uma corrente de 3A. Se a energia consumida por este resistor foi de 2Kwh, determine aproximadamente quanto tempo ele permaneceu ligado à rede. (A) 15h (B) 1,5h (C) 2h (D) 3 h (E) 6h Resolução: Da equação da energia consumida temos que: E = P . Δt Potência pode ser definida como: P = R.i2 Portanto: E = R.i2 . Δt 2000 w.h = 100 . 32 . Δt 2000 w.h = 900 w . Δt Δt = 2,2h Alternativa: C 178) (Enem) Em um manual de um chuveiro elétrico são encontradas informações sobre algumas características técnicas, ilustradas no quadro, como a tensão de alimentação, a potência dissipada, o dimensionamento do disjuntor ou fusível e a área da seção transversal dos condutores utilizados.
Manual do chuveiro elétrico com suas especificações técnicas Uma pessoa adquiriu um chuveiro do modelo A e, ao ler o manual, verificou que precisava ligá-lo a um disjuntor de 50 amperes. No entanto, intrigou-se com o fato de que o disjuntor a ser utilizado para uma correta instalação de um chuveiro do modelo B devia possuir amperagem 40% menor. Considerando-se os chuveiros de modelos A e B, funcionando à mesma potência de 4.400W, a razão entre as suas respectivas resistências elétricas, RA e RB, que justifica a diferença de dimensionamento dos disjuntores é mais próxima de: (A) 0,3 (B) 0,6 (C) 0,8. (D) 1,7 (E) 3,0. Resolução: Dados VA = 127 V A potência elétrica dos dois chuveiros pode ser obtida pelas equações: O enunciado da questão afirma que as potências dissipadas pelos dois chuveiros são iguais, então, podemos escrever que: Ou: Substituindo os dados, temos: Manipulando algebricamente as equações acima, podemos obter a expressão para encontrar a razão entre as duas resistências, observe: Efetuando os cálculos, obtemos o resultado: Alternativa: A 179) (Enem)Observe a tabela seguinte. Ela traz especificações técnicas constantes no manual de instruções fornecido pelo fabricante de uma torneira elétrica. Tabela com as especificações técnicas da torneira elétrica Considerando que o modelo de maior potência da versão 220V da torneira suprema foi inadvertidamente conectada a uma rede com tensão nominal de 127V e que o aparelho está configurado para trabalhar em sua máxima potência, qual o valor aproximado da potência ao ligar a torneira? (A)1.830 W (B) 2.800 (C) 3.200 W (D)4.030 W (E) 5.500 W Resolução: Quando a tensão elétrica é 220V, a torneira apresenta potência de 5.500W, que é o valor máximo que pode ser obtido. Com esses dados, podemos obter a resistência elétrica da torneira com a expressão: Sendo U = 220 V P = 5.500 W Temos: R = 8,8 Ω Ligando a torneira em uma tensão de 127V, a potência elétrica será P' = 1.830 W Alternativa: A Energia Potencial Elétrica É a energia potencial que resulta da interação conservativa de Coulomb; encontrando-se atrelada à configuração espacial de um sistema formado por cargas elétricas estáticas e/ou em movimento retilíneo uniforme. RESOLVIDOS – ENERGIA POTENCIAL ELÉTRICA 180) (Fuvest) A energia potencial elétrica U de duas partículas em função da distância r que as separa está representada no gráfico da figura abaixo. Uma das partículas está fixa em uma posição, enquanto a outra se move apenas devido à força elétrica de interação entre elas. Quando a distância entre as partículas varia de ri = 3 . 10–10 m a rf = 9 . 10–10 m, a energia cinética da partícula em movimento (A) diminui 1.10–18 (B) aumenta 1.10–18 (C) diminui 2.10–18 (D) aumenta 2.10–18 (E) não se altera. Resolução: A partir da observação do gráfico, é possível perceber que a energia potencial elétrica diminui para o referido deslocamento. Se ocorre diminuição da energia potencial por meio do princípio da conservação da energia, pode-se afirmar que ocorrerá aumento de energia cinética. A partir do gráfico, pode-se perceber que, para a posição ri = 3 . 10–10 m, a energia potencial elétrica associada é Ui = 3 . 10–18 J. Para a posição rf = 9 . 10–10 m, a energia potencial elétrica é de Uf = 1 . 10–18 J. Conclui-se que houve diminuição de 2 . 10–18 J de energia potencial, que foi transformada em energia cinética. Alternativa: D 181) (UFU) Comumente se ouve falar dos perigos da alta voltagem em dispositivos elétricos. Todavia, uma alta voltagem pode não significar uma grande quantidade de energia se (A) o potencial elétrico envolvido for constante. (B) a quantidade de carga envolvida for baixa. (C) o campo elétrico envolvido for uniforme. (D) a força elétrica envolvida for baixa. Resolução: A determinação da energia potencial elétrica depende diretamente da carga elétrica. Quanto maior for a quantidade de carga elétrica em trânsito pelo sistema, maior será a energia potencial elétrica. Alternativa: B 182) Uma carga elétrica de 2 μC movimenta-se nas proximidades de uma carga elétrica de valor 16 μC. Dado: 1 μC = 1 x 10 – 6 C; 1 cm = 1 x 10 – 2 m; K = 9,0 x 10 9 N.m2.C – 2 Se o deslocamento da menor carga foi de 8 cm, qual foi a energia potencial elétrica? (A) 2,5 J (B) 1,6 J (C) 3,6 J (D) 5,0 J (E) 8,0 J. Resolução: A partir da definição de energia potencial elétrica, teremos: Alternativa: C 183) Leia as afirmações a seguir a respeito da energia potencial elétrica. I – A energia potencial elétrica é diretamente proporcional ao produto das cargas elétricas; II – A energia potencial elétrica é inversamente proporcional ao quadrado da distância entre as cargas; III – A determinação da energia independe do caminho seguido pela carga. É verdadeiro o que se afirma em: (A) I, II e III (B) II (C) I (D) II e III (E) I e III Resolução: I – Verdadeira. II – Falsa. A energia potencial elétrica é inversamente proporcional à distância entre as cargas. III – Verdadeira. Alternativa: E 184) Em um campo elétrico com carga elétrica puntiforme igual a 4μC, a mesma é transportada de um ponto P até um ponto muito distante, tendo as forças elétricas realizado um trabalho de 8J. Determine: a) a energia potencial elétrica de q em P. Resolução: 185) No campo elétrico criado por uma carga Q puntiforme de 4.10-6, determine: a) o potencial elétrico situado a 1m da carga Q. b) a energia potencial elétrica adquirida por uma carga elétrica puntiforme, cujo valor é 2 .10-10, quando colocada no ponto P. O meio é o vácuo (k = 9 .10 N.m²/C²) Resolução: 186) (UNB -DF) Uma carga pontual Q, cria no vácuo, a uma distância r, um potencial de 200 volts e um campo elétrico de intensidade igual a 600 N/C. Quais os valores de r e Q? (Dado k = 9 .109 N.m²/C²). Resolução: 187) (UFAL) Considere uma carga puntiforme Q, positiva, fixa no ponto O, e os pontos A e B, como mostra a figura:
Sabe-se que os módulos do vetor campo elétrico e do potencial elétrico gerados pela carga Q no ponto A são respectivamente, E e V. Nessas condições, os módulos dessas grandezas no ponto B são, respectivamente: (A) 4E e 2V (B) 2E e 4V (C) E/2 e V/2 (D) E/2 e V/4 (E) E/4 e V/4 Resolução:
188) Vamos supor que temos uma partícula carregada com carga q = 4 μC e que ela seja colocada em um ponto A de um campo elétrico cujo potencial elétrico seja igual a 60 V. Se essa partícula ir, espontaneamente, para um ponto B, cujo potencial elétrico seja 20 V, qual será o valor da energia potencial dessa carga quando ela estiver no ponto A e posteriormente no ponto B? (A) 2,4 x 10-4J e 8 x 10-5J Resolução: Por definição, a energia potencial elétrica armazenada pela carga elétrica em qualquer ponto do campo elétrico é dada pela relação E = q.V. Sendo assim, temos: Para o ponto A: Epot A = 4 .10-6 .60 Epot A = 2,4 .10-4 J Para o ponto B Epot B = 4 .10-6 .20 ⇒ Epot B = 8 .10-5 J Alternativa A 189) Suponhamos que uma carga elétrica seja deixada em um ponto A de um campo elétrico uniforme. Depois de percorrer uma distância igual a 20 cm, a carga passa pelo ponto B com velocidade igual a 20 m/s. Desprezando a ação da gravidade, calcule o trabalho realizado pela força elétrica no descolamento dessa partícula entre A e B. (Dados: massa da carga m = 0,4 g e q = 2 μC). (A) τ = 2,3 . 10-2J Resolução: Pelo teorema da energia cinética, temos: τA→B = ∆EC Como a única força que age sobre a partícula durante todo o percurso de A até B é a força elétrica, e a energia cinética no ponto A é zero, temos: τA→B=∆EC
Alternativa E 190) Determine a energia potencial elétrica de uma carga elétrica colocada em um ponto P cujo potencial elétrico é 2 x 104 V. Seja a carga igual a -6 μC. (A) -12 J Resolução: Para calcular o valor da energia potencial elétrica basta multiplicar o valor do potencial elétrico pela carga elétrica. Assim temos: Alternativa C 191) (UFSM-RS) Uma partícula com carga q = 2 . 10-7 C se desloca do ponto A ao ponto B, que se localizam numa região em que existe um campo elétrico. Durante esse deslocamento, a força elétrica realiza um trabalho igual a 4 . 10-3 J sobre a partícula. A diferença de potencial VA – VB entre os dois pontos considerados vale, em V: (A) -8 x 10-10 Resolução: O trabalho realizado pela força elétrica no deslocamento é igual à carga vezes a diferença de potencial, assim temos: Como o exercício pede a diferença de potencial e nos fornece outros dados, temos: Alternativa D Capacitores São dispositivos utilizados para armazenar o máximo de cargas elétricas com sinais opostos em dois condutores, separados por um material isolante. Capacitância de um capacitor É a razão entre a quantidade de carga armazenada Q e a diferença de potencial U entre as armaduras do capacitor. Fatores que influenciam na capacitância: - Área (A): quanto maior for a área das armaduras, maior sera a quantidade de cargas que pode ser armazenada pela indução eletrostática. - Distância (d) entre as armaduras: quanto maior for a distância entre as armaduras, menor será a quantidade de a cargas armazenadas. - Permissividade elétrica do meio (E): É uma característica do meio entre duas armaduras do capacitor. como o meio entre as placas seja o vácuo, a permissividade sera E = 8,8 . 10-12 F/m (farad por metro) . Associação de capacitores É um conjunto de capacitores conectados aletricamente e que se comportam como se fossem um único capacitor conhecido como capacitor equivalente. Associação da capacitores em série: Associação da capacitores em paralelo: RESOLVIDAS - CAPACITORES 192) (Uepa) A desfibrilação é a aplicação de uma corrente elétrica em um paciente por meio de um equipamento (desfibrilador) cuja função é reverter um quadro de arritmia ou de parada cardíaca. Uma maneira de converter uma arritmia cardíaca em um ritmo normal é a cardioversão, que se dá mediante a aplicação de descargas elétricas na região próxima ao coração do paciente, graduadas de acordo com a necessidade, conforme o quadro abaixo. Os desfibriladores usuais armazenam até 360 J de energia potencial elétrica, alimentados por uma diferença de potencial de 4000 V. Considerando uma situação na qual haja necessidade de usar um desfibrilador em uma criança de 40 kg, o valor da capacitância do capacitor do desfibrilador na segunda desfibrilação, em μF, será igual a: (A) 50 (B) 40 (C) 30 (D) 20 (E) 10 Resolução: A tabela indica que na 2ª desfibrilação, para uma criança, a quantidade de energia é de 4 J por kg de massa. Portanto, para uma criança de 40 kg, a quantidade de energia a ser armazenada no capacitor do desfibrilador é de 160 J 40 = 160 J A capacitância é determinada em função da energia armazenada no capacitor e da diferença de potencial estabelecida. Assim, podemos escrever que:
Alternativa: D 193) (Uepa) Um componente elétrico utilizado tanto na produção como na detecção de ondas de rádio, o capacitor, pode também ser útil na determinação de uma grandeza muito importante do eletromagnetismo: a permissividade elétrica de um meio. Para isso, um estudante, dispondo de um capacitor de placas paralelas, construído com muita precisão, preenche a região entre as placas com uma folha de mica de 1,0 mm de espessura e registra, com um medidor de capacitância, um valor de 0,6 nF. Sabendo-se que as placas são circulares, com diâmetro igual a 20 cm, afirma-se que a permissividade elétrica da mica, em unidades do S.I., é igual a: Dados: Adote π = 3; 1 nF = 10–9 F (A) 2 x 10–12 (B) 4 x 10–12 (C) 10 x 10–10 (D) 20 x 10–12 (E) 25 x 10–11 Resolução: A partir da definição da capacitância de um capacitor de placas paralelas, temos: A distância entre as placas corresponde à espessura da folha de mica: d = 1 mm = 1 . 10 – 3 m A área das placas circulares é determinada pela área de um sistema circular: Assim, a permissividade elétrica é igual a: Alternativa: D
I – A capacitância é diretamente proporcional à permissividade elétrica do meio onde está o capacitor. II – Quanto maior a distância entre as placas de um capacitor, maior será sua capacitância. III – A energia potencial elétrica armazenada em um capacitor não depende da capacitância, mas apenas da diferença de potencial estabelecida entre as placas de um capacitor. IV – Os desfibriladores são exemplos de aplicação do estudo de capacitores. V – A área das placas paralelas que compõem o capacitor é diretamente proporcional à capacitância. Está correto o que se afirma em: (A) I, II, IV e V (B) I, II, III e V (C) I, II, III, IV e V (D) III, IV e V (E) I, IV e V Resolução: I – Correto; II – Errado. A capacitância é inversamente proporcional à distância entre as placas do capacitor. Sendo assim, quanto maior for a distância entre as placas, menor será sua capacitância; III – Errado. A energia potencial armazenada em um capacitor depende da capacitância e da diferença de potencial; IV – Correto; V – Correto. Alternativa: E 195)Um capacitor é constituído por duas placas quadradas com 2 mm de lado. Sabendo que a distância entre as placas é de 2 cm e que a permissividade do meio corresponde a 80 μF/m. Determine a capacitância do capacitor. (A) 1,6. 10– 8F (B) 1,0. 10– 9F (C) 1,6. 10– 6F (D) 4,6. 10– 9F (E) 6,6. 10– 5F Resolução: A partir da definição da capacitância de um capacitor de placas paralelas, temos: Os valores das grandezas são: ε = 80 . 10 – 6 F/m; A = 2 .2 = 4 mm 2 = 4 . 10 – 6 m2; d = 2.10 -2 m. Alternativa: A RESUMO – [GERADORES / RECEPTORES / RENDIMENTO] [ síntese ] Resistor - É todo dispositivo de um circuito cuja função exclusiva é transformar energia elétrica em energia térmica. Exemplos de resistires: chuveiros, secadores de cabelo, ferro elétrico, filamento de lâmpadas elétricas, ferro de soldar e outros. Já um dispositivo elétrico que, ao ser percorrido por uma corrente elétrica Receptor– É um dispositivo que pode transformar energia elétrica em outra modalidade de energia, que não seja apenas a térmica, recebe o nome de receptor. Exemplo de receptores: bateria de automóvel e bateria de telefone celular em processo de carga, ventilador e outros dispositivos usados no nosso dia a dia corriqueiramente. Geradores - São dispositivos que pode converter a energia elétrica em outras formas de energia é conhecido como gerador. Exemplo de geradores: pilhas secas (comuns de lanterna), baterias de automóvel, mecânicos, nucleares e outros. De acordo com a Física é impossível obtermos um rendimento, na prática, de 100% tanto para o resistores, geradores como para receptores. Os exercícios a seguir nos proporcionarão bons conhecimentos sobre estes dispositivos e sobre o conceito de rendimento. RESOLVIDAS – GERADORES / RECEPTORES / RENDIMENTO 196) Certo estudante dispõe de um voltímetro e de um amperímetro (ambos ideais), de um gerador elétrico (pilha) cuja resistência interna equivale a r = 4,5 Ω e de uma lâmpada incandescente com as seguintes inscrições nominais: 1,0W – 9,0V. Para que esses dispositivos sejam associados corretamente, proporcionando à lâmpada o maior brilho possível, sem “queimá-la”, o esquema que deverá ser utilizado é o ilustrado na Figura nº____ e a força eletromotriz (E) do gerador deverá ser igual__ V.
Substituindo os valores nominais da lâmpada na expressão que calcula a potência, podemos calcular a intensidade de corrente elétrica (i). Resolução: ou Substituindo os dados na equação do gerador (pilha) podemos achar a força eletromotriz (E). Observação: Para que a intensidade de corrente elétrica que passa pela lâmpada seja conhecida é necessário que o amperímetro seja sempre ligado em série com a mesma, pois a corrente que passa pela lâmpada também deve passar pelo amperímetro. Para medir o valor da ddp entre os terminais da lâmpada do circuito é necessário que o voltímetro seja sempre ligado em paralelo com a lâmpada. A figura que melhor representa essa realidade é a figura 2. 197) Três pilhas de f.e.m ou E = 1,5 V e de resistência interna r = 1,0 Ω são ligadas como na figura a seguir. Sendo que a corrente sai do polo positivo, calcule a intensidade dessa corrente (i) elétrica que circula pelas pilhas.
Resolução: Aqui temos um circuito gerador-receptor. O problema nos diz que a corrente elétrica sai do polo positivo. Portanto, escolhendo o sentido horário percebemos que existem dois geradores (onde a corrente entra pelo polo negativo e sai pelo polo positivo - > E > 0) e um gerador em oposição a outro e passa a funcionar como um receptor (onde a corrente entra pelo polo positivo e sai pelo polo negativo (E < 0). A f.e.m de um dos geradores está em oposição à f.e.m do outro. Substituindo os dados do problema na Lei de Pouillet acharemos a intensidade de corrente elétrica (i):
Observação: pode-se também aplicar seus conhecimentos sobre A Lei das Malhas de Kirchhoff para resolver a questão e achar o mesmo valor da corrente elétrica. 198) É dada a curva característica de um receptor elétrico. Determine a força contra-eletromotriz (E’) e a resistência interna (r’) do receptor. Resolução: Observando o gráfico, podemos montar duas equações. A 1ª equação surge quando U = 44V faz com que i = 10A. Portanto, usando a equação dos receptores, temos que
Observando novamente o gráfico, podemos montar a 2ª equação: quando U = 32V temos que i = 4A.
Portanto, usando a equação dos receptores, temos que Para anular (cortar) o termo E’ e achar o valor de i, no sistema de equações, podemos operar a primeira equação menos a segunda equação. Veja como:
Para achar o valor de E’, podemos substituir o valor de r’ em qualquer uma das equações acima. Usaremos a 1ª equação: 199) Numa aula de eletricidade sobre geradores e motores, um estudante percebe que um gerador produz eletricidade a partir do movimento de um eixo. Por outro lado, um motor elétrico transforma eletricidade no movimento de um eixo. Assim, conclui ele, se o eixo do motor elétrico for acoplado ao eixo do gerador e, ao mesmo tempo, a eletricidade assim produzida pelo gerador for utilizada para acionar o motor, o conjunto desses dois equipamentos produzirá uma máquina que funcionará continuamente. Ao expor essa ideia ao seu professor de física, esse lhe diz que se trata de um moto perpétuo de segunda espécie e, portanto, não funcionará. Por não saber o que é um moto perpétuo “de segunda espécie”, o estudante faz uma pesquisa e descobre que este é um equipamento que viola a segunda lei da termodinâmica. Ao ler isso, o estudante conclui que foi “enrolado” pelo professor: “sua máquina funcionará, pois o motor elétrico e um gerador de eletricidade não são, evidentemente, máquinas térmicas”. Com base nessas informações, é correto afirmar: (A) O professor está certo: o sistema fechado, motor mais gerador, não conserva a energia. (B) O professor cometeu um engano. De fato, como ele afirmou ao aluno, o sistema não funcionará; mas a causa é outra: as leis do eletromagnetismo proíbem essa associação. (C) A máquina concebida pelo estudante funcionará; a energia produzida pelo gerador é exatamente igual àquela necessária para fazer funcionar o motor. (D) Realmente o professor cometeu um engano. A segunda lei da termodinâmica diz respeito ao constante aumento da entropia, o que não se aplica à situação relatada. (E) O professor está certo. Haverá conservação de energia, mas não ficarão restritas às formas de energia elétrica e mecânica. Resolução: Uma máquina de movimento perpétuo ou moto-contínuo é uma máquina hipotética, pois reutilizariam para sempre a energia gerada pelo seu trabalho, pelo seu movimento, ou seja, seu rendimento seria 100% violando assim a 2ª Lei da Termodinâmica. Sendo que um moto-contínuo possuiria um processo cíclico, suas etapas cíclicas também necessitariam de transformações de energia com rendimento (η) de 100%. Já estudamos em sala de aula que sempre haverá dissipação de energia em uma máquina (segunda lei da termodinâmica). Alternativa: E 200) O gráfico a seguir representa a curva característica de um gerador. Liga-se aos seus terminais um resistor de resistência igual a 10 Ω. Calcule a intensidade de corrente elétrica, em ampères, que se estabelece no circuito Resolução: Neste caso, usa-se a equação dos geradores para obtermos o valor da força eletro-motriz E. Observando o gráfico, quando i = 0A temos que U = 12V, portanto, Pelo gráfico, quando U = 0V temos que i = 6A, portanto, usando a equação dos geradores e o valor de E = 12V, temos que
Substituindo os dados do problema na equação de Pouillet acharemos a intensidade de corrente elétrica:
201)Aumentar a eficiência na queima de combustível dos motores à combustão e reduzir suas emissões de poluentes são a meta de qualquer fabricante de motores. É também o foco de uma pesquisa brasileira que envolve experimentos com plasma, o quarto estado da matéria e que está presente no processo de ignição. A interação da faísca emitida pela vela de ignição com as moléculas de combustível gera o plasma que provoca a explosão liberadora de energia que, por sua vez, faz o motor funcionar. No entanto, a busca da eficiência referenciada no texto apresenta como fator limitante (A) o tipo de combustível, fóssil, que utilizam. Sendo um insumo não renovável, em algum momento estará esgotado. (B) um dos princípios da termodinâmica, segundo o qual o rendimento de uma máquina térmica nunca atinge o ideal. (C) o funcionamento cíclico de todo os motores. A repetição contínua dos movimentos exige que parte da energia seja transferida ao próximo ciclo. (D) as forças de atrito inevitável entre as peças. Tais forças provocam desgastes contínuos que com o tempo levam qualquer material à fadiga e ruptura. (E) a temperatura em que eles trabalham. Para atingir o plasma, é necessária uma temperatura maior que a de fusão do aço com que se fazem os motores. Resolução: como explicado antes, não existe, na prática, uma máquina com eficiência ou rendimento de 100%, pois violaria a 2ª Lei da Termodinâmica. A busca da eficiência em máquinas sempre apresenta esse fator limitante. Alternativa: B 202)O diagrama abaixo representa a energia solar que atinge a Terra e sua utilização na geração de eletricidade. A energia solar é responsável pela manutenção do ciclo da água, pela movimentação do ar, e pelo ciclo do carbono que ocorre através da fotossíntese dos vegetais, da decomposição e da respiração dos seres vivos, além da formação de combustíveis fósseis. De acordo com o diagrama, a humanidade aproveita, na forma de energia elétrica, uma fração da energia recebida como radiação solar, correspondente a:
Podemos usar a expressão do rendimento (η) :
QUESTÕES RESOLVIDAS
203) (FUVEST) O arranjo experimental representado na figura é formado por uma fonte de tensão F, um amperímetro A, um voltímetro V, três resistores, R1, R2e R3, de resistências iguais, e fios de ligação. Quando o amperímetro mede uma corrente de 2 A, e o voltímetro, uma tensão de 6 V, a potência dissipada em R2 é igual a (A) 4W (B) 6W (C) 12 W (D) 18 W (E) 24 W Note e adote: A resistência interna do voltímetro é muito maior que a dos resistores (voltímetro ideal). As resistências dos fios de ligação devem ser ignoradas. resolução: Os resistores R1 e R2 estão ligados em série e ligados juntos em paralelo com o resistor R3. A resistência equivalente entre os resistores em série, sabendo que todos são iguais (R), será: R' = R1 + R2 R' = R + R R' = 2R Como as resistências R' e R3 estão em paralelo, a resistência equivalente (R'') pode ser determinada pelo produto pela soma, de forma que: R'' = (R'.R3) ÷ (R' + R3) R'' = (2R.R) ÷ (2R + R) R'' = 2R2 ÷ 3R R'' = ⅔R Como a corrente total é 2 A, podemos encontrar a ddp total pela primeira lei de Ohm. U = R.i U = ⅔R . 2 U = 4/3 R Aplicando a primeira lei de Ohm sobre o resistor R3, temos: U = R3 . i 4/3 R = R . i i = 4/3 A Assim, a corrente que passa pelos resistores R1 e R2 é dada por: 2 = 4/3 + i i = 2 – 4/3 i = ⅔ A Como os resistores são iguais, a tensão sobre R1 e R2 é a mesma, logo, a potência é dada por: P = U.i P = 6 . ⅔ P = 4 w. Alternativa: A 204) (UFU) Comumente se ouve falar dos perigos da alta voltagem em dispositivos elétricos. Todavia, uma alta voltagem pode não significar uma grande quantidade de energia se (A) o potencial elétrico envolvido for constante. (B) a quantidade de carga envolvida for baixa. (C) o campo elétrico envolvido for uniforme (D) a força elétrica envolvida for baixa. Resolução: O perigo da alta voltagem está na quantidade de cargas elétricas que podem danificar tecidos humanos em caso de choque elétrico. Alternativa: B 205) Em uma residência onde moram quatro pessoas há um chuveiro de potência 6 kW. Sabendo que cada morador toma dois banhos por dia de aproximadamente 10 min cada e que o chuveiro sempre permanece na posição inverno, determine a energia consumida pelo equipamento em kWh ao fim de 1 mês. (A) 640 (B) 280 (C) 100 (D) 120 (E) 240 Resolução: O tempo que o chuveiro permanece ligado a cada mês (30 dias) pode ser dado por: Δt = 4 pessoas X 10 min X 2 banhos X 30 dias Δt = 2400 min ÷ 60 = 40 h Sabendo que a energia consumida é o produto do tempo de funcionamento pela potência do equipamento, podemos escrever: E = P . Δt E = 6 kW. 40H E = 240 kWh Alternativa: E 206) A respeito da geração de energia elétrica por meio das hidroelétricas, marque a alternativa correta. (A) A água deve ser armazenada o mais distante possível das turbinas para que possa existir a possibilidade de alta velocidade com força suficiente (para girar as turbinas. (B) A água gira as turbinas para que, por meio do fenômeno da indução eletromagnética, a energia elétrica possa ser gerada. (C) Quanto mais alta for a barragem da hidroelétrica, menor será a energia potencial gravitacional e maior será a velocidade dada à água para girar as turbinas. (D) No Brasil, as únicas formas de geração de energia são as hidroelétricas e as termoelétricas.E) Todas as alternativas estão incorretas. Resolução: A queda d'água fornece energia cinética à água, que, ao girar as turbinas, proporciona movimento relativo entre bobinas e ímãs, gerando eletricidade por meio do fenômeno da indução eletromagnética. Alternativa: B 207) (IFSP) Ao entrar em uma loja de materiais de construção, um eletricista vê o seguinte anúncio: ECONOMIZE: Lâmpadas fluorescentes de 15 W têm a mesma luminosidade (iluminação) que lâmpadas incandescentes de 60 W de potência. De acordo com o anúncio, com o intuito de economizar energia elétrica, o eletricista troca uma lâmpada incandescente por uma fluorescente e conclui que, em 1 hora, a economia de energia elétrica, em kWh, será de (A) 0,015. (B) 0,025. (C) 0,030. (D) 0,040. (E) 0,045. Resolução: Da equação do consumo de energia temos: E = P x Δt EFLUORECENTE = 0,015x1 = 0,015 EINCANDECENTE = 0,060x1 = 0,060 Economia = 0,060 – 0,015 = 0,045 As potências foram divididas por 1000, sendo transformadas em Kw. Alternativa: E 208) (PUC MG) A geração de energia elétrica através da luz se dá pelo uso de células fotossensíveis, chamadas de células solares fotovoltaicas. As células fotovoltaicas em geral são constituídas de materiais semicondutores, com características cristalinas e depositadas sobre sílica. Essas células, agrupadas em módulos ou painéis, compõem os painéis solares fotovoltaicos. A quantidade de energia gerada por um painel solar é limitada pela sua potência, ou seja, um painel de 145 W, com seis horas úteis de sol, gera aproximadamente 810 Watts por dia. Fonte http://www.sunlab.com.br/Energia_solar_Sunlab.htm Assinale o número de horas em que o painel acima consegue manter acesa uma lâmpada fluorescente de 9 Watts. (A) 9 h (B) 18 h (C) 58 h (D) 90 h Resolução: Em um dia, o consumo da lâmpada fluorecente é : E = P . Δt E = 9 . 24 = 216 W.h A produção de energia diária do painel é: E = P . Δt E = 810 . 24 = 19.440 Wh Então, dividindo a energia total produzida pelo painel pelo gasto da lâmpada teremos um total de 90 h. Alternativa: D 209) Determine a energia consumida mensalmente por um chuveiro elétrico de potência 4000W em uma residência onde vivem quatro pessoas que tomam, diariamente, 2 banhos de 12 min. Dê sua resposta em Kwh. (A) 192 (B) 158 (C) 200 (D) 300 (E) 90 Resolução: Da equação da energia consumida temos que E = P . Δt Sabendo que são 8 banhos com duração total de 96 min (1,6h) e considerando os 30 dias do mês, temos: E = 4000 . 1,6 . 30 = 192.000 = 192 Kwh Alternativa: A 210) Sobre um resistor de 100 Ω passa uma corrente de 3 A. Se a energia consumida por este resistor foi de 2Kwh, determine aproximadamente quanto tempo ele permaneceu ligado à rede. (A) 15h (B) 1,5h (C) 2h (D) 3 h (E) 6h Resolução: Da equação da energia consumida temos que E = P . Δt Potência pode ser definida como P = R.i2 Portanto: E = R.i2 . Δt 2000 w.h = 100 . 32 . Δt 2000 w.h = 900 w . Δt Δt = 2,2h Alternativa: C 211) (Enem) Um curioso estudante, empolgado com a aula de circuito elétrico que assistiu na escola, resolve desmontar sua lanterna. Utilizando-se da lâmpada e da pilha, retiradas do equipamento, e de um fio com as extremidades descascadas, faz as seguintes ligações com a intenção de acender a lâmpada: ONÇALVES FILHO, A.; BAROLLI, E. Instalação Elétrica: investigando e aprendendo. São Paulo: Scipione, 1997 (adaptado). (Foto: Reprodução/Enem) Tendo por base os esquemas mostrados, em quais casos a lâmpada acendeu? (A) (1), (3), (6) (B) (3), (4), (5) (C) (1), (3), (5) (D) (1), (3), (7) (E) (1), (2), (5) Resolução Na verdade a lâmpada é uma resistência. Todavia é importante perceber que tanto sua base, quanto sua rosca precisam estar conectadas aos polos (negativos e positivos) da bateria (pilha). Isso ocorre nas situações 1), 3) e 7). Alternativa: D 212) (PUC-RIO 2009) – No circuito apresentado na figura, onde V = 12 V, R1 = 5 Ω, R2 = 2 Ω, R3 = 2 Ω, podemos dizer que a corrente medida pelo amperímetro A colocado no circuito é:
(A) 1 A (B) 2 A (C) 3 A (D) 4 A (E) 5 A Resolução: R1 = 5 Ω R2= 2 Ω R3 = 2 Ω U = 12 V Observação: Esse circuito é um circuito misto. Acharemos primeiro e resistência equivalente no trecho em paralelo. R2 e R3. Aplicando o produto pela somas entre R2 e R3 temos: 2 . 2 / 2 + 2 → REquivalente = 1 Ω Agora quem temo um circuito em serie e resistência equivalente é a soma das resistências do circuito. RTotal = RE + R1 → 1 + 5 = 6 Ω RTotal = 6 Ω U = R . i 12 = 6 . i 12 / 6 = i i = 2 A Alternativa: B 213) (Enem) Um eletricista analisa o diagrama de uma instalação elétrica residencial para planejar medições de tensão e corrente em uma cozinha. Nesse ambiente existem uma geladeira (G) , uma tomada (T) e uma lâmpada (L), conforme a figura. O eletricista deseja medir a tensão elétrica aplicada à geladeira, a corrente total e a corrente na lâmpada. Para isso, ele dispõe de um voltímetro (V) e dois amperímetros (A). Para realizar essas medidas, o esquema da ligação desses instrumentos está representado em: Resolução: Para que o voltímetro faça a leitura correta este deve ser colocado em paralelo aos pontos aos quais se quer saber a diferença de potencial (voltagem). No caso do amperímetro, este deve ser colocado em série no local onde se deseja encontrar a intensidade da corrente elétrica. Neste caso, o voltímetro deve ser ligado em paralelo à geladeira, conectado entre fase e um neutro. O amperímetro para medir a corrente elétrica da lâmpada deve ser ligado em série com a lâmpada e para medir a corrente total deve ser ligado em série ao circuito. (A) D) Alternativa: E 214) (Enem/2015) Um estudante, precisando instalar um computador, um monitor e uma lâmpada em seu quarto, verificou que precisaria fazer a instalação de duas tomadas e um interruptor na rede elétrica. Decidiu esboçar com antecedência o esquema elétrico. “O circuito deve ser tal que as tomadas e a lâmpada devem estar submetidas à tensão nominal da rede elétrica e a lâmpada deve poder ser ligada ou desligada por um interruptor sem afetar os outros dispositivos” — pensou. Símbolos adotados: Qual dos circuitos esboçados atende às exigências?
Resolução: Alternativa: E 215) (Enem/2014) Um sistema de iluminação foi construído com um circuito de três lâmpadas iguais conectadas a um gerador (G) de tensão constante. Esse gerador possui uma chave que pode ser ligada nas posições A ou B. Considerando o funcionamento do circuito dado, a lâmpada 1 brilhará mais quando a chave estiver na posição (A) B, pois a corrente será maior nesse caso. Resolução: Seja R a resistência elétrica de cada lâmpada e E a fem do gerador. As lâmpadas 1 e 3 serão percorridas por correntes elétricas de mesma intensidade: i1 = i3 = E/R A resistência equivalente da associação de lâmpadas é igual a R/2. Vamos agora analisar o circuito, com a chave em B: A resistência equivalente da nova associação é igual a R / 2 + R = 3R / 2. iB = E / (3R / 2) =2E / 3R A intensidade da corrente que percorre o gerador será: . Esta corrente é a mesma que percorre a lâmpada 2 : i2 = iB A tensão elétrica nas lâmpadas 1 e 3 é dada por : U = (R / 2) . iB = (R / 2) . (2E / 3R) = E / 3 Assim, as lâmpadas 1 e 3 serão percorridas por correntes de mesma intensidade: i'1 = i'3 = E / 3R Da análise dos circuitos, concluímos que quando chave está em A a lâmpada 1 é percorrida por corrente elétrica de maior intensidade (i1 > i'1) e portanto dissipa maior potência, brilhando mais. Isso ocorre pois a resistência equivalente da associação de lâmpadas no circuito com a chave em A (R / 2) é menor do que a resistência equivalente da associação de lâmpadas no circuito com a chave em B (3R / 2) . Resposta: C 216) (U.E. Londrina-PR) Pela secção reta de um condutor de eletricidade passam 12,0 C a cada minuto. Nesse condutor, a intensidade da corrente elétrica, em ampères, é igual a: (A) 0,08 Resolução: i = ? |q| = 12C t = 60 s i = |q| / t i = 12 /60 i = 0,20 A Alternativa: B 217) (U.E. Maranhão) Uma corrente elétrica com intensidade de 8,0 A percorre um condutor metálico. A carga elementar é |e| = 1,6.10-19 C. Determine o tipo e o número de partículas carregadas que atravessam uma secção transversal desse condutor, por segundo, e marque a opção correta: (A) Elétrons; 4,0.1019 partículas Resolução: i = 8,0 |q| = ? t = 1 s i = |q| / t 8,0 = |q| / t 8,0 = |q| / 1 |q| = 8,0 C |q| = 8 e = 1,6 . 10-19 n = ? q = n . e 8 = n . 1,6 .10-19 n = 8 / 1,6 .10-19 n = 5 .10-19 Alternativa: B 218) (AFA) Num fio de cobre passa uma corrente contínua de 20 A. Isso quer dizer que, em 5,0 s, passa por uma secção reta do fio um número de elétrons igual a: (e = 1,6 x 10-19 C) (A) 7,00 x 1020 (B) 3,25 x. 1020 (C) 4,25 x 1020 (D) 1,25 x 1020 (E) 6,25 x 1020 Resolução: i = 20,0 |q| = ? t = 5 s e = 1,6 . 10-19 i = |q| / t 20 = |q| / 5 20 . 5 = |q| |q| = 100 e = 1,6 . 10-19 n = ? e = 1,6 . 10-19 q = n . e 100 = n . 1,6 .10-19 n = 100 / 1,6 .10-19 n = 6,25 . 10-20 Alternativa: E 219) (UNITAU) Numa secção transversal de um fio condutor passa uma carga de 10 C a cada 2,0 s. A intensidade da corrente elétrica neste fio será de: (A) 10A (B) 5,0mA (C) 5,0A (D) 0,50A Resolução: i = ? |q| = 10 t = 2 s i = |q| / t i = 10 / 2 i = 5,0 C Alternativa: C 220) (PUC-RIO 2007) Ao aplicarmos uma diferença de potencial de 9,0 V em um resistor de 3,0 Ω, podemos dizer que a corrente elétrica fluindo pelo resistor e a potência dissipada, respectivamente, são: (A) 1,0 A e 9,0 W (B) 2,0 A e 18,0 W (C) 3,0 A e 27,0 W (D) 4,0 A e 36,0 W (E) 5,0 A e 45,0 W Resolução: R = 3,0 U = 9,0 i = ? P = ? R = U . i 3 = 9 . i 3i = 9 i = 9 / 3 i = 3 A P = 9 . 3 P = 27 W Alternativa: C 221) (Enem/2016) Um eletricista deve instalar um chuveiro que tem as especificações 220 V — 4 400 W a 6 800 W. Para a instalação de chuveiros, recomenda-se uma rede própria, com fios de diâmetro adequado e um disjuntor dimensionado à potência e à corrente elétrica previstas, com uma margem de tolerância próxima de 10%. Os disjuntores são dispositivos de segurança utilizados para proteger as instalações elétricas de curtos-circuitos e sobrecargas elétricas e devem desarmar sempre que houver passagem de corrente elétrica superior à permitida no dispositivo. Para fazer uma instalação segura desse chuveiro, o valor da corrente máxima do disjuntor deve ser (A) 20 A. (B) B 25 A. (C) 30 A. (D) 35 A. (E) 40 A. Resolução: Menor potência i = ? U = 220 V Pot = 4400 W Pot = U . i 4400 = 220 . i 4400 / 220 = i i = 20 A Maior potência i = ? U = 220 V Pot = 6800 W Pot = U . i 6800 = 220 . i 6800 / 220 = i i = 31 A Observação: conforme as alternativas a corrente mais adequada é a corrente de 35 A Resposta: D 222) (Enem/2016) Uma lâmpada LED (diodo emissor de luz), que funciona com 12 V e corrente contínua de 0,45 A, produz a mesma quantidade de luz que uma lâmpada incandescente de 60 W de potência. Qual é o valor da redução da potência consumida ao se substituir a lâmpada incandescente pela de LED? (A) 54,6 W (B) 27,0 W (C) 26,6 W (D) 5,4 W (E) 5,0 W Resolução: i = 0,45 U = 12 V Pot = ? Pot = U . i Pot = 12 . 0,45 Pot = 5,4 W 60 – 5,4 = 54,6 Resposta: A 223) (Unesp/2015 – Sem figura) O poraquê é um peixe elétrico que vive nas águas amazônicas. Ele é capaz de produzir descargas elétricas elevadas pela ação de células musculares chamadas eletrócitos. Cada eletrócito pode gerar uma diferença de potencial de cerca de 0,14 V. Um poraquê adulto possui milhares dessas células dispostas em série que podem, por exemplo, ativar-se quando o peixe se encontra em perigo ou deseja atacar uma presa. intensidade de corrente elétrica dano biológico até 10 mA.............................................. apenas formigamento de 10 mA até 20 mA............................. contrações musculares de 20 mA até 100 mA........................... convulsões e parada respiratória de 100 mA até 3 A................................ fibrilação ventricular acima de 3 A...................................... parada cardíaca e queimaduras graves (José Enrique R. Duran. Biofísica: fundamentos e aplicações, 2003. Adaptado.) A corrente elétrica que atravessa o corpo de um ser humano pode causar diferentes danos biológicos, dependendo de sua intensidade e da região que ela atinge. A tabela indica alguns desses danos em função da intensidade da corrente elétrica. Considere um poraquê que, com cerca de 8 000 eletrócitos, produza uma descarga elétrica sobre o corpo de uma pessoa. Sabendo que a resistência elétrica da região atingida pela descarga é de 6 000 Ω, de acordo com a tabela, após o choque essa pessoa sofreria (A) parada respiratória. (B) apenas formigamento. (C) contrações musculares. (D) fibrilação ventricular. (E) parada cardíaca. Resolução: Observação: 1A = 1000 mA U = 0,4 x 8000 → 1120 V R = 6000 Ω i = ? U = R . i 1120 = 6000 . i 1120 / 6000 . i i ≅ 0,187 A 1A -------- 1000 mA 0,178A ------- x 1Ax = 0,187 . 1000 x ≅ 187 mA Alternativa: A 224) (Fuvest/2017) Na bateria de um telefone celular e em seu carregador, estão registradas as seguintes especificações: BARERIA CARREGADOR Note e adote: 1650 mAh Entrada AC: 110 – 240 V AC: corrente alternada; 3,7 V 50 – 60 Hz DC: corrente contínua. 6,1 Wh 0,2 V Saída DC: 5 V; 1,3 A Com a bateria sendo carregada em uma rede de 127 V, a potência máxima que o carregador pode fornecer e a carga máxima que pode ser armazenada na bateria são, respectivamente, próximas de (A) 25,4 W e 5940 C. (B) 25,4 W e 4,8 C. (C) 6,5W e 21960 C. (D) 6,5W e 5940 C. (E) 6,1W e 4,8 C. Resolução: Carga elétrica máxima da bateria Q = 1650 nAh → 1,65A . 3600 → 5940C U = 5 I = 1,3 P = U . i P = 5 . 1,3 P = 6,5 W Alternativa: D 225) (Fuvest/2017) Um objeto metálico, X, eletricamente isolado, tem carga negativa 5,0 x 10-12 C. Um segundo objeto metálico, Y, neutro, mantido em contato com a Terra, é aproximado do primeiro e ocorre uma faísca entre ambos, sem que eles se toquem. A duração da faísca é 0,5 s e sua intensidade é 10-11 A. No final desse processo, as cargas elétricas totais dos objetos X e Y são, respectivamente, (A) zero e zero. (B) zero e – 5,0 x 10-12 (C) – 2,5 x 10-12C e – 2,5 x 10-12 (D) – 2,5 x 10-12C e + 2,5 x 10-12 (E) + 5,0 x 10-12 C e Resolução: Calculando a quantidade de carga elétrica transferida: i = 10-11 |Q| = ? t = 0,5 s i = |Q| / t 10-11 = |Q| / 0,5 10-11 / 0,5 = |Q| |Q| = 5 . 10-12C Conclusão: a carga do objeto X será transferida para o objeto Y, o objeto Y esta aterrado e assim toda carga que ele tem e recebe será transferida para a Terra ficado neutro ao final do processo. Ou seja ambos ficam descarregas, ou seja cargas zero. Alternativa: A 226) (Fuvest/2015) Em uma aula de laboratório de Física, para estudar propriedades de cargas elétricas, foi realizado um experimento em que pequenas esferas eletrizadas são injetadas na parte superior de uma câmara, em vácuo, onde há um campo elétrico uniforme na mesma direção e sentido da aceleração local da gravidade. Observou-se que, com campo elétrico de módulo igual a 2 x 103 V/m, uma das esferas, de massa 3,2 x 10-15 kg, permanecia com velocidade constante no interior da câmara. Note e adote: carga do elétron = - 1,6 x 10 -19 C carga do próton = + 1,6 x 10 -19 C aceleração local da gravidade = 10m/s2 (A) Essa esfera tem a o mesmo número de elétrons e de prótons. (B) 100 elétrons a mais que prótons. (C) 100 elétrons a menos que prótons. (D) 2000 elétrons a mais que prótons. (E) 2000 elétrons a menos que prótons. Resolução: P = força peso F = força elétrica E = 2 . 103 V/m F = P |q| P = m . g / E |q| P = 3,2 . 10-15 . 10 / 2 . 103 |q| P = 1,6 . 10-17 n = q . e n = 1,6 . 10-17 / 1,6 . 10-19 n = 100 Observação: se a carga é negativa, conclui-se que há excesso de elétrons. Alternativa: B 227) (Enem) Em um manual de um chuveiro elétrico são encontradas informações sobre algumas características técnicas, ilustradas no quadro, como a tensão de alimentação, a potência dissipada, o dimensionamento do disjuntor ou fusível e a área da seção transversal dos condutores utilizados. Uma pessoa adquiriu um chuveiro do modelo A e, ao ler o manual, verificou que precisava ligá-lo a um disjuntor de 50 amperes. No entanto, intrigou-se com o fato de que o disjuntor a ser utilizado para uma correta instalação de um chuveiro do modelo B devia possuir amperagem 40% menor. Considerando-se os chuveiros de modelos A e B, funcionando à mesma potência de 4.400 W, a razão entre as suas respectivas resistências elétricas, RA e RB, que justifica a diferença de dimensionamento dos disjuntores é mais próxima de: (A) 0,3 (B) 0,6 (C) 0,8. (D) 1,7 (E) 3,0. Resolução Dados VA = 127 V A potência elétrica dos dois chuveiros pode ser obtida pelas equações: O enunciado da questão afirma que as potências dissipadas pelos dois chuveiros são iguais, então, podemos escrever que: Ou: Substituindo os dados, temos: Manipulando algebricamente as equações acima, podemos obter a expressão para encontrar a razão entre as duas resistências, observe:
Efetuando os cálculos, obtemos o resultado:
Alternativa: A 228) (Enem) Observe a tabela seguinte. Ela traz especificações técnicas constantes no manual de instruções fornecido pelo fabricante de uma torneira elétrica. Considerando que o modelo de maior potência da versão 220 V da torneira suprema foi inadvertidamente conectada a uma rede com tensão nominal de 127 V e que o aparelho está configurado para trabalhar em sua máxima potência, qual o valor aproximado da potência ao ligar a torneira? (A)1.830 W (B) 2.800 W (C) 3.200 W (D)4.030 W (E) 5.500 W Resolução Quando a tensão elétrica é 220 V, a torneira apresenta potência de 5.500 W, que é o valor máximo que pode ser obtido. Com esses dados, podemos obter a resistência elétrica da torneira com a expressão: Sendo U = 220 V e P = 5.500 W, temos que R = 8,8 Ω Ligando a torneira em uma tensão de 127 V, a potência elétrica será P' = 1.830 W Alternativa: A 229) (ENEM/2014) Um sistema de iluminação foi construído com um circuito de três lâmpadas iguais conectadas a um gerador (G) de tensão constante. Esse gerador possui uma chave que pode ser ligada nas posições A ou B.
Considerando o funcionamento do circuito dado, a lâmpada 1 brilhará mais quando a chave estiver na posição (A) B, pois a corrente será maior nesse caso. (B) B, pois a potência total será maior nesse caso. (C) A, pois a resistência equivalente será menor nesse caso. (D) B, pois o gerador fornecerá uma maior tensão nesse caso. (E) A, pois a potência dissipada pelo gerador será menor nesse caso. Resolução: O brilho de uma lâmpada está relacionado com a sua potência, que é a energia emanada da lâmpada em função do tempo. Ao ligar a chave na posição A, as lâmpadas 1 e 3 estão associadas em paralelo, assim, elas possuem a mesma ddp e a resistência equivalente é menor que aquela encontrada caso a associação fosse feita em série (chave na posição B). Como a resistência equivalente é menor, a lâmpada pode brilhar mais. Alternativa: C 230) (ENEM/2013) Um circuito em série é formado por uma pilha, uma lâmpada incandescente e uma chave interruptora. Ao se ligar a chave, a lâmpada acende quase instantaneamente, irradiando calor e luz. Popularmente, associa-se o fenômeno da irradiação de energia a um desgaste da corrente elétrica, ao atravessar o filamento da lâmpada, e à rapidez com que a lâmpada começa a brilhar. Essa explicação está em desacordo com o modelo clássico de corrente. De acordo com o modelo mencionado, o fato de a lâmpada acender quase instantaneamente está relacionado à rapidez com que: (A) o fluido elétrico se desloca no circuito. (B) as cargas negativas móveis atravessam o circuito. (C) a bateria libera cargas móveis para o filamento da lâmpada. (D) o campo elétrico se estabelece em todos os pontos do circuito. (E) as cargas positivas e negativas chocam-se no filamento da lâmpada. Resolução: Em qualquer tipo de associação, os aparelhos são ligados instantaneamente, pois o campo elétrico gerado pela diferença de potencial do gerador estabelece-se de forma instantânea em todos os pontos do circuito. Alternativa: D 231) (Enem) A energia elétrica consumida nas residências é medida, em quilowatt-hora, por meio de um relógio medidor de consumo. Nesse relógio, da direita para esquerda, tem-se o ponteiro da unidade, da dezena, da centena e do milhar. Se um ponteiro estiver entre dois números, considera-se o último número ultrapassado pelo ponteiro. Suponha que as medidas indicadas nos esquemas seguintes tenham sido feitas em uma cidade em que o preço do quilowatt-hora fosse de R$ 0,20. Relógio medidor do consumo de energia entre dois meses consecutivos O valor a ser pago pelo consumo de energia elétrica registrado seria de (A) R$ 41,80. (B) R$ 42,00. (C) R$ 43,00. (D) R$ 43,80. (E) R$ 44,00. Resolução O primeiro passo é conhecer a leitura de cada mês: Mês anterior: 2.563 kwh Em seguida, calcular a energia gasta entre o mês passado e o mês atual. Para isso, basta fazer a diferença entre as duas leituras: 2.783 – 2.563 = 220 kwh Agora basta utilizar uma regra de três e calcular o valor a ser pago pela conta de energia: 1 kwh ----- R$ 0,20 Sendo x o valor a ser pago, 1 . x = 220.0,20 Alternativa: E 232) Determine a magnitude da força elétrica em um elétron no átomo de hidrogênio, exercida pelo próton situado no núcleo atômico. Assuma que a órbita eletrônica tem um raio médio de d = 0,5.10-10 m. Resolução Sabemos que a carga elétrica do elétron é = -1,6.10-19C e a carga do próton = 1,6.10-19C, na aplicação da Lei de Coulomb temos: Lembre-se que para a aplicação da equação acima devemos utilizar o modulo de cada uma das cargas elétricas. A direção da força no elétron é a mesma da linha que liga as duas partículas. Como as cargas têm sinais opostos então a força é atrativa. 233) Duas cargas elétricas puntiformes q1 = 1,0 .10 -8 C e q2 = - 2,0.10-8 C estão no vácuo separadas por uma distancia r =3,0 cm. Determine a intensidade da força de atração entre elas. Dado k = 9.109 N.m2/C2. Resolução: A força de atração entre as cargas elétricas é dada pela Lei de Coulomb. F = K . (q1 . q2) / d2 É importante lembrar que utilizamos os módulos das cargas elétricas das partículas, ou seja, colocamos na fórmula apenas o valor numérico, sem o sinal (que indica o sentido do vetor) desta carga. Devemos também conferir se as unidades dos dados oferecidos pelo problema estão no SI. Neste caso a unidade da distância 3cm deve ser convertida para metros. Sendo assim, 3 cm = 0,03m ou 3 .10-2m. Agora, substituindo-se os valores, temos: F = 9 . 109 . [1,0 . 10-8 . 2,0 . 10-8] / (3.10-2)2 F = 9 . 109 . [2,0 . 10-16] / 9.10-4 F = 1,0 . 1013 . [2,0 . 10-16] F = 2.0x10-3 N Logo, a intensidade da força de atração entre as partículas é igual a 2 . 0 x 10-3 N. 234) Duas partículas eletrizadas se repelem com 54N de força. Se duplicarmos uma das cargas e triplicarmos a separação entre essas cargas, qual o valor da nova força elétrica? (Justifique sua resposta). Resolução A força elétrica é dada pela seguinte equação: Onde: F = força de interação entre duas partículas (N) k = constante (N.m2/C2) Q = carga elétrica da primeira partícula (C) q = carga elétrica da segunda partícula (C) d = distância que separa as duas partículas (m) Sabemos que o valor da força é de 54N, ou seja: Mas sabemos que a força vai mudar de valor se duplicarmos uma das cargas e triplicarmos a distância entre elas, logo: Como sabemos o valor da força com a primeira configuração, ou seja, F = 54N, então: Sabemos também que quanto maior a distância menor a força, o resultado mostra isso, já que aumentamos muito mais a distância do que o valor das cargas elétricas. 235) (FATEC) O kWh é unidade usual da medida de consumo de energia elétrica, um múltiplo do joule, que é a unidade do Sistema Internacional. O fator que relaciona estas unidades é: (A) 1,0 . 103 Resolução Sabemos que 1kW equivale a 103W e, 1h equivale a 3,6.103s. A relação entre Joule e w.s é: 1j = 1w.s. Logo, temos: 1kWh = 103W . 3,6.103s = 3,6.106 W.s Então: 1kWh = 3,6.106J Alternativa: D 236) (ENEM) Podemos estimar o consumo de energia elétrica de uma casa considerando as principais fontes desse consumo. Pense na situação em que apenas os aparelhos que constam da tabela abaixo fossem utilizados diariamente da mesma forma. A tabela fornece a potência e o tempo efetivo de uso diário de cada aparelho doméstico.
Supondo que o mês tenha 30 dias e que o custo de 1KWh é de R$0,40, o consumo de energia elétrica mensal dessa casa, é de aproximadamente: (A) R$135 Resolução: Vimos no texto sobre a Lei de Joule que a energia elétrica (em kWh) transformada em energia térmica é data por potência (em kW) vezes o intervalo de tempo de uso (em h). Eel = P . ∆t. Utilizando a tabela podemos estimar a energia elétrica para cada aparelho diariamente. Eel = 1,5.8 + 3,3.(1/3) + 0,2.10 + 0,35.10+ 0,10.6 Eel = 12 + 1,1 + 2 + 3,5 + 0,60 Eel = 19,20 kWh Neste ponto é importante lembrar que a tabela nos fornece um valor diário para o consumo de energia elétrica. Pra chegarmos ao consumo mensal devemos multiplicar por 30, já que no enunciado o mês tem 30 dias. Eel = 19,20 . 30 Eel = 576 kWh Agora sim! Sabendo que 1 kwh custa R$ 0,40, concluímos que o consumo mensal será 576 vezes 0,40. 576 . 0,40 = R$ 230,40 ≅ R$ 230,00 Alternativa: E 237) A seção normal de um condutor é atravessada pela quantidade de carga ∆Q = 1,2 . 10-3C no intervalo de tempo ∆t = 1,5 . 10-2s. a) Qual a intensidade da corrente elétrica que atravessa essa seção normal? b) Se os portadores de carga são elétrons, quantos elétrons atravessam essa seção normal nesse intervalo de tempo? Resolução a) a corrente elétrica é dada por: logo:
b) sabendo que o número de elétrons é dado por:
então:
ENERGIA ESTÁTICA A cena é clássica e já foi usada até em filmes de Hollywood: a pessoa atravessa a sala, caminhando sobre o carpete do escritório ou da casa e, ao tentar abrir a porta, leva um choque no trinco. Muitas vezes, é possível até mesmo ouvir um estalo ou ver uma pequena faísca saindo do contato entre a mão do sujeito e a maçaneta. No inverno, algo semelhante costuma acontecer. Ao retirar uma blusa de lã, é comum ouvirmos uma série de barulhinhos, como se pequenas descargas elétricas estivessem acontecendo naquele momento. E acredite: elas estão! Ambas as situações descritas acima são causadas pela energia estática, o acúmulo de cargas elétricas na superfície de objetos e até dos nossos corpos. Energia estática na práticaA Ciência, por si só, já é divertida. Mas fica ainda melhor quando podemos colocar a teoria em prática e constatar a existência de fenômenos físicos. Por isso, antes de cairmos no papo sobre o átomo e suas partículas, preparamos duas experiências que ajudam a presenciar os efeitos da energia estática. Vamos a elas! Distorcendo a águaCom a energia estática é possível desviar um pequeno fluxo de água de seu curso natural. Para isso, você precisará de:
Antes de tudo, encha o balão de ar. Depois, esfregue o balão rapidamente sobre sua cabeça. Se, por acaso, você tiver passado no vestibular e estiver careca, friccione o balão contra um tapete ou uma blusa de lã. O efeito será o mesmo e a superfície do balão ficará estaticamente carregada. Depois, abra levemente a torneira, para que escorra um pequeno filete de água. Ao aproximar o balão da água, é possível vê-la se inclinando, sendo atraída pela bexiga. Caso a água encoste no balão, as cargas serão equilibradas novamente e o efeito deixará de ocorrer. A propósito: se você precisar usar o mesmo balão para decorar uma sala e estiver sem fita adesiva, pode friccioná-lo novamente contra o seu cabelo e, depois, encostá-lo na parede do cômodo. A energia estática se encarregará de manter o balão grudado à parede, como se estivesse colado. Balões que se repelemCargas opostas se atraem e similares se repelem. Isso é fácil de constatar com pedaços de ímãs. Mas também podemos verificar essa regra com a energia estática. Antes, será necessário obter os seguintes objetos:
Encha os balões e amarre cada um deles em uma das extremidades da linha. Depois, friccione os balões em uma blusa de lã ou no seu próprio cabelo. Ao suspendê-los, segurando-os pelo fio de costura, eles se manterão afastados um do outro, já que ambos possuem a mesma carga. Porém, ao posicionar a cartolina entre os balões, eles são atraídos pelo papel, que possui uma carga diferente. Ao retirar a cartolina, os balões voltam a se afastar. O efeito é semelhante ao do vídeo acima. Mas afinal, como surge a energia estática?Para começar, dê uma olhada ao seu redor. Tudo o que você vê ― e até aquilo que não consegue enxergar, como o ar ― é composto por átomos. Nós, seres humanos, também não escapamos disso: somos um amontoado de átomos. E, grosso modo, podemos dizer que os átomos são formados por três partículas com cargas elétricas diferentes:
Prótons e nêutrons se concentram no núcleo do átomo e, normalmente, não saem de lá. Já os elétrons orbitam esse núcleo e possuem um pouco mais de liberdade, podendo, inclusive, mudar de um átomo para outro. Assim, quando um átomo perde elétrons, ele possui mais carga positiva do que negativa. E aquele que ganha elétrons acaba com mais carga negativa. Alguns materiais, chamados de isolantes, não favorecem a movimentação de elétrons através deles, como o vidro, plástico ou tecido. Em contrapartida, os materiais chamados de condutores permitem que os elétrons passeiem livremente por eles. Esse é o caso dos metais, por exemplo. Quando dois materiais isolantes diferentes são esfregados juntos, elétrons são transferidos de um material para o outro. Quanto mais tempo eles forem esfregados, mais elétrons serão transferidos e maior será a carga elétrica acumulada pelos objetos. A energia estática é o acúmulo dessas cargas nas superfícies dos objetos. O caso do choque na portaJá ouviu falar de que os opostos se atraem? Pois, neste caso, a regra é levada muito a sério. Se dois objetos possuem cargas elétricas opostas, eles se atraem. Caso as cargas sejam iguais, eles se repelem, ou seja, se afastam um do outro. Com isso em mente, fica mais fácil entender por que as pessoas podem tomar choque ao abrir a porta. Ao caminhar sobre um carpete, o corpo da pessoa acumula elétrons que se desprendem do “chão”. Ao tentar abrir a porta, essa carga negativa acaba sendo transferida para o metal do trinco, que é um material condutor. É nesse momento que a pessoa sente o choque estático. O evento é mais frequente no inverno, quando o ar está mais seco. Durante o verão, a umidade do ar acaba aliviando a carga elétrica extra que o corpo humano pode carregar. Por isso, uma das formas de evitar choques estáticos é manter um umidificador no ambiente. Energia estática pode danificar seu PCApesar de parecer inofensiva, a energia estática pode causar danos irreparáveis a algo que gostamos muito: os componentes de nossos computadores. Não é à toa que técnicos que trabalham com manutenção de PCs se preocupam, constantemente, em se livrar das cargas acumuladas em seus próprios corpos. Caso contrário, eles podem descarregar essa eletricidade, sem querer, nos componentes eletrônicos que estiverem manuseando. Para ter uma ideia de quão devastadora pode ser a energia, basta saber que uma pessoa chega a acumular uma carga de 12.000 volts em seu corpo ao caminhar sobre um carpete, sendo que apenas 10 volts seria o suficiente para danificar um microchip. Felizmente, essa energia não costuma trazer riscos à vida humana, já que possui baixa amperagem. Sendo assim, antes de iniciar a manutenção em seu PC, lembre-se de se livrar de toda a energia estática presente em seu corpo. Para isso, você pode encostar suas mãos em superfícies metálicas não pintadas, como a fonte de alimentação do computador. Para saber mais sobre o assunto, leia o artigo Manutenção de PCs: como manusear as peças?. Como evitar a energia estáticaMesmo que você não trabalhe com a manutenção de computadores, pode ser que queira ficar livre dos pequenos choques ou pelo menos reduzir, ao máximo, as chances de acabar queimando um pente de memória ou disco rígido ao manuseá-lo. Para isso, existem diversas dicas que podem ser seguidas para reduzir o acúmulo de energia estática no próprio corpo. Para começar, é necessário evitar, ao máximo, o contato frequente com outros objetos. Afinal, a maneira mais fácil de ganhar ou perder elétrons é friccionar suas mãos ou pés em objetos como tapetes e blusas de lã. E por falar em roupas, tente usar sempre peças feitas de fibras naturais, como o algodão, já que fibras sintéticas (como nylon e poliéster) costumam acumular mais energia estática. Já que estamos falando de boa aparência, cabe mais uma dica: quem costuma secar os cabelos antes de pentear pode usar um secador com emissor de íons, que ajuda a neutralizar a carga acumulada nas madeixas. Além disso, há também as pulseiras antiestáticas, que podem ser usadas diariamente. Porém, não adianta apenas carregá-las no pulso: é necessário que elas sejam conectadas a um sistema de aterramento para que a energia seja descarregada. Os mais corajosos podem apelar para dispositivos emissores de partículas alfa, construídos com polônio. A princípio, esses dispositivos são inofensivos, mas vale a pena avisar que o polônio é considerado como o mais letal de todos os venenos. Vai arriscar? Continua... Qual é o tipo de transformação de energia que ocorre no chuveiro?Energia Elétrica e Potência dos Aparelhos Domésticos
Por exemplo, o chuveiro utiliza a energia elétrica para aquecer a água, portanto ele transforma energia elétrica em energia térmica (calor), o aparelho de som transforma eletricidade em energia sonora, o ventilador transforma a energia elétrica em movimento.
Qual é o efeito que ocorre no chuveiro elétrico doméstico?Esses materiais, quando percorridos por uma corrente elétrica, se aquecem provocando um fenômeno denominado de efeito joule. Esse efeito deve-se aos milhões de choques dos elétrons contra os átomos do condutor. Em virtude desses choques, a energia cinética do sistema aumenta.
Qual é a energia consumida pelo chuveiro durante o dia?Como calcular o consumo de energia dos aparelhos domésticos?. Como funciona o aquecimento do chuveiro?A pressão da água liga os contatos elétricos através de um diafragma. Assim, a corrente elétrica produz o aquecimento no resistor. Ele é feito de uma liga de níquel e cromo (em geral com 60% de níquel e 40% de cromo). Na posição verão, o aquecimento da água é menor, e corresponde à menor potência do chuveiro.
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Quando uma pessoa está tomando banho quais transformações de energia ocorrem no chuveiro elétrico?
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