Capitulo 3 III Corrente Continua exercícios PDF

Preview

Summary

exercícios das aulas praticas de da disciplina de eletromagnetismo e ótica do capitulo da corrente continua...

Description

Eletromagnetismo e Ótica

2021/22

Capítulo III. Problemas

Corrente Elétrica e Potência elétrica CapIII. 1

Um carro elétrico é uma alternativa aos veículos com motor a combustão interna. Qual é a autonomia de um carro elétrico que se desloca a 60km/h, se a corrente elétrica empregue a esta velocidade é igual a 50A e a carga máxima armazenada nas baterias é q = 75Ah? a) 40,0km.

b) 62,5km.

c) 90,0km.

d) 160,0km

Justifique a sua resposta. CapIII. 2

A geração de energia elétrica através da luz é conseguida em células fotossensíveis, chamadas de células solares fotovoltaicas. Estas, em geral, são constituídas por materiais semicondutores, com características cristalinas e depositadas sobre sílica. Sendo agrupadas em módulos ou painéis, 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. Calcule o número de horas que um painel com as características do indicado consegue manter uma lâmpada fluorescente de 9 Watts ligada: a) 9 h

b) 18 h

c) 58 h

d) 90 h

Justifique a sua resposta. CapIII. 3

Na reciclagem de embalagens de alumínio, usam-se apenas 5% da energia despendida na sua fabricação a partir do minério de bauxite. No entanto, não se pode esquecer a enorme quantidade de energia envolvida nessa fabricação (3,6.106 joules por latinha), além do facto de que a bauxite conter (em média) 55% de óxido de alumínio (alumina) e 45% de resíduos sólidos. a) Considere que em 2010 o Brasil produziu 32.106 toneladas de alumínio metálico a partir da bauxite, calcule quantas toneladas de resíduos sólidos foram geradas nesse período por essa actividade. Dados: massa molar do óxido de alumínio (Al2O3) --- 2x(27) + 3x(16)=102g.mol-1 . b) Calcule o número de banhos que poderiam ser tomados com a energia necessária para produzir apenas uma latinha de alumínio. Estime em 10 minutos o tempo de duração do banho, com um chuveiro cuja potência é de 3.000 W. Justifique a sua resposta. Prof. Amilcar Praxedes (responsável)

Cap III: Corrente contínua

pág. 1

Eletromagnetismo e Ótica

2021/22

Capítulo III. Problemas

CapIII. 4

A eficiência das lâmpadas,  pode ser comparada utilizando a razão, considerada linear, entre a quantidade de luz produzida, Q, e o consumo, C: Q/C. A quantidade de luz, Q, é medida pelo fluxo luminoso, cuja unidade é o lúmen(Im). O consumo, C, está relacionado com a potência elétrica da lâmpada que é medida em watt(W). Por exemplo, uma lâmpada incandescente de 40 W emite cerca de 600 Im, enquanto uma lâmpada fluorescente de 40 W emite cerca de 3000 Im. A eficiência de uma lâmpada incandescente de 40 W é: a) maior que a de uma lâmpada fluorescente de 8W, b) maior que a de uma lâmpada fluorescente de 40 W, que produz menor quantidade de luz. c) menor que a de uma lâmpada fluorescente de 8 W,que produz a mesma quantidade de luz. d) menor que a de uma lâmpada fluorescente de 40 W, pois maior quantidade de energia. e) igual a de uma lâmpada fluorescente de 40 W, que consome a mesma quantidade de energia. Justifique a sua resposta.

Lei de Ohm CapIII. 5

Indique em que o gráfico está representada a Lei de Ohm. Justifique a sua resposta. CapIII. 6

No rio Amazonas, um pescador inexperiente tenta capturar um poraquê segurando a cabeça do peixe com uma mão e a cauda com a outra. O poraquê, embora seja parecido com uma enguia, é um peixe elétrico, capaz de gerar, entre a cabeça e a cauda, uma diferença de potencial de até 1500 V. Para esta diferença de potencial, a resistência elétrica do corpo humano, medida entre as duas mãos, é de aproximadamente 1000 Ω. Em geral, 500 mA de corrente contínua, passando pelo tórax de uma pessoa, são suficientes para provocar fibrilação ventricular e morte por paragem cardio-respiratória. Prof. Amilcar Praxedes (responsável)

Cap III: Corrente contínua

pág. 2

Eletromagnetismo e Ótica

2021/22

Capítulo III. Problemas

Usando os valores mencionados acima, calculamos que a corrente que passa pelo tórax do pescador, em relação à corrente suficiente para provocar fibrilação ventricular, é: (A) um terço; (B) a metade; (C) igual; (D) o dobro; (E) o triplo. Justifique a sua resposta. CapIII. 7

O principal componente de um chuveiro elétrico é a sua resistência elétrica. Quando ela estraga, o equipamento deixa de aquecer a água. Sobre a capacidade do chuveiro de aquecer a água e sua resistência elétrica, é CORRETO afirmar: a) Se a resistência do chuveiro for trocada por outra de maior valor, ele irá aquecer mais a água, fornecendo-lhe mais calor. b) Quando fechamos um pouco a torneira, aumentamos a potência do chuveiro e a água sai com temperatura mais elevada. c) Quando abrimos mais a torneira, diminuímos a potência do chuveiro fazendo com que a água saia com temperatura mais baixa. d) Se diminuímos a resistência elétrica do chuveiro, aumentamos a sua potência fazendo com que a água saia com uma maior temperatura. Justifique a sua resposta. CapIII. 8

Um chuveiro elétrico simples é composto por uma câmara, na qual existem duas resistências de dimensões diferentes, como mostrado na figura. Existe ainda uma chave seletora que pode ser ligada na posição VERÃO ou na posição INVERNO. Considere uma residência que consome em média 200 kWh por mês, na qual está instalado um chuveiro cujas especificações do fabricante são: 3.600/4.800W, 220 V. A) Em que posição da figura acima, X ou Y, deve ser ligada a chave seletora do chuveiro para que ele opere no modo INVERNO (4.800 W)? Justifique sua resposta. B) Determine o consumo de energia pelo chuveiro operando no modo INVERNO, durante um banho cuja duração é de 10 minutos. C) Considerando que esse chuveiro está instalado numa residência na qual moram quatro pessoas e que cada um toma um banho diário com duração de 10 minutos, qual seria a economia em kWh na conta de energia da família, se eles resolvessem deixar de usar o chuveiro elétrico? Justifique sua resposta.

Prof. Amilcar Praxedes (responsável)

Cap III: Corrente contínua

pág. 3

Eletromagnetismo e Ótica

2021/22

Capítulo III. Problemas

CapIII. 9

Um grupo de estudantes, numa aula de laboratório de Física, mergulhou um aquecedor elétrico, ligado a uma fonte de tensão de 120 V, num recipiente, termicamente isolado, contendo água. Mediram a temperatura da água em função do tempo e verificaram que, em 2 minutos, a temperatura variou de 20°C a 80°C. A partir dos resultados obtidos, construíram o gráfico apresentado na figura abaixo, da quantidade de calor Q, em calorias, fornecida à água em função do instante t, a partir do mergulho do aquecedor elétrico na água, em minutos. Considere, para simplificar que: 1cal=4J e cágua=1cal/goC. Dado: equação fundamental da calorimetria: Q=m.c.∆θ; Lei de Ohm: V=RI; Lei de Joule: P=RI2 Os valores da resistência elétrica do aquecedor e da massa de água aquecida são, respectivamente, iguais a: A) 72 Ω e 400 g; B) 18 Ω e 400 g; C) 72 Ω e 200 g; D) 18 Ω e 200 g; E) 750 m Ω e 16,7 g Justifique a sua resposta. CapIII. 10

O gráfico mostra o comportamento da corrente elétrica em função da diferença de potencial entre os extremos de um fio condutor. Analisando os dados mostrados no gráfico, conclui-se que a resistência elétrica e a potência dissipada nesse condutor quando percorrido por uma corrente elétrica de 1,50A são, respectivamente, A) 60Ω, 60W

B) 60Ω, 80W

C) 40Ω, 90W

D) 40Ω ,120W

E) 20Ω, 150W

Justifique a sua resposta. CapIII. 11

O fusível é um componente projectado com o intuito de proteger circuitos elétricos, seja num carro, ou numa residência ou até mesmo em grandes indústrias. Porém o seu uso foi sendo substituído por outro componente, o disjuntor, já que este raramente precisa ser trocado, bastando apenas ser religado em caso de problemas. Com base nestas informações e nos seus conhecimentos a respeito desses acessórios dos circuitos elétricos, é CORRETO afirmar: Prof. Amilcar Praxedes (responsável)

Cap III: Corrente contínua

pág. 4

Eletromagnetismo e Ótica

2021/22

Capítulo III. Problemas

A) O fusível não conduz corrente elétrica, ao contrário do disjuntor. B) Somente o disjuntor é condutor, por isso vem substituindo os fusíveis. C) Os fusíveis atuam como elementos de proteção ao circuito elétrico, porém não podem evitar possíveis incêndios. D) Tanto o fusível quanto o disjuntor são condutores que têm como função evitar as correntes elétricas excessivas. E) Em condições normais de funcionamento, isto é, quando a corrente ultrapassa o valor máximo admitido, a temperatura atingida pelo fusível é inferior ao seu ponto de fusão. Justifique a sua resposta. CapIII. 12

Uma corrente elétrica maior que 200 mA pode ser fatal a um ser humano se mantida por um intervalo de tempo da ordem de alguns ciclos cardíacos. a) Calcule o valor da corrente elétrica estabelecida se uma diferença de potencial elétrico de 270 V for aplicada entre as duas mãos de um adulto por um intervalo de tempo de 120 s. b) Determine se esta corrente é suficiente para provocar a morte. DADOS: Considere que: 1) 2) 3) 4)

A menor distância percorrida pela corrente elétrica entre as duas mãos é l =1,5 m; A resistividade elétrica média do corpo humano é 1,8 Ωm, R=ρ. l /S; O trajecto da corrente apresenta secção circular de área S= 30 cm2; A frequência cardíaca é igual a 80 ciclos cardíacos por minuto.

A) 133,3 A; não é suficiente; B) 3000 A; é suficiente; C) 300 mA; não é suficiente; D) 600 mA; é suficiente; E) 300 mA; é suficiente. Justifique a sua resposta.

Prof. Amilcar Praxedes (responsável)

Cap III: Corrente contínua

pág. 5

Eletromagnetismo e Ótica

2021/22

Capítulo III. Problemas

Associação de Resistências CapIII. 13

Na figura estão representadas duas associações de resistências.

Considere que, aplicando uma tensão de 60 V nos seus terminais, a diferença entre as correntes totais que as percorrem seja igual a 9 A. Sendo assim, o valor de R é igual a A) 2 Ω.

B) 5 Ω.

C) 8 Ω.

D) 10 Ω.

Justifique a sua resposta. CapIII. 14

Uma sala está 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) 25

e) 30

Justifique a sua resposta. CapIII. 15

Determinada massa de água deve ser aquecida com o calor dissipado por uma associação de resistores ligada nos pontos A e B do esquema mostrado na figura. Para isso, duas resistências do mesmo valor R podem ser associados e ligados aos pontos A e B.

Prof. Amilcar Praxedes (responsável)

Cap III: Corrente contínua

pág. 6

Eletromagnetismo e Ótica

2021/22

Capítulo III. Problemas

Uma diferença de potencial constante U, criada por um gerador ideal entre os pontos A e B, é a mesma para ambas as associações das resistências, em série ou em paralelo. Considere que todo calor dissipado pelas resistências seja absorvido pela água e que, se as resistências forem associados em série, o aquecimento pretendido será conseguido em 1 minuto. Dessa forma, se for utilizada a associação em paralelo, o mesmo aquecimento (ou seja a mesma quantidade de energia utilizada) será conseguido num intervalo de tempo, em segundos, igual a (A) 30.

(B) 20.

(C) 10.

(D) 45.

(E) 15.

Justifique a sua resposta. CapIII. 16

Em um jogo de perguntas e respostas, em que cada jogador deve responder quatro perguntas (P1, P 2, P3 e P4), as respostas certas de cada participante são indicados por um painel luminoso constituído por quatro lâmpadas coloridas. Se uma pergunta for respondida corretamente, a lâmpada associada irá acender. Se for respondida de forma errada, a lâmpada permanece apagada. A figura representa, de forma esquemática, o circuito que controla o painel. Se uma pergunta é respondida corretamente, a chave numerada associada é fechada, e a lâmpada correspondente acende no painel, indicando o acerto. Se as quatro perguntas forem respondidas erradamente, a chave C será fechada no final, e o jogador totalizará zero pontos. Cada lâmpada tem resistência elétrica constante de 60 Ω e, junto com as chaves, estão conectadas ao ramo AB do circuito, onde estão ligados um resistor ôhmico de resistência R = 20 Ω, um gerador ideal de f.e.m.  = 120 V e um amperímetro A de resistência desprezável, que monitora a corrente no circuito. Todas as chaves e fios de ligação têm resistências desprezáveis. Calcule as indicações do amperímetro: a) quando um participante for eliminado com zero acertos, e b) quando um participante errar apenas a P2. Justifique a sua resposta.

Prof. Amilcar Praxedes (responsável)

Cap III: Corrente contínua

pág. 7

Eletromagnetismo e Ótica

2021/22

Capítulo III. Problemas

CapIII. 17

No Natal, muitas pessoas utilizam conjuntos de pequenas lâmpadas incandescentes, para adornarem ambientes. Um dos modelos utilizados por certa pessoa possui 4 séries de 25 lâmpadas cada uma, que são associadas em paralelo entre si, conforme esquema: Considerando-se que os valores nominais do fabricante, da potência total e da tensão elétrica entre os terminais A e B do conjunto, são, respetivamente, 22 W e 220 V, a resistência elétrica de cada lâmpada é: a) 88 ; b) 176 ; c) 352 ; d) 460 ; e) 528 . Justifique a sua resposta. CapIII. 18 Em uma única tomada de tensão nominal de 110 V, estão

ligados, por meio de um adaptador, dois abajures (com lâmpadas incandescentes com indicações comerciais de 40 W – 110 V), um rádio-relógio (com potência nominal de 20 W em 110 V) e um computador, com consumo de 120 W em 110 V. Todos os aparelhos elétricos estão em pleno funcionamento. a) Utilizando a representação das resistências ôhmicas equivalentes de cada aparelho elétrico como RL para cada abajur, RR para o rádiorelógio e RC para o computador, esboce o circuito elétrico que esquematiza a ligação desses 4 aparelhos elétricos na tomada. A partir dos dados da potência consumida por cada aparelho, calcule a corrente total no circuito, supondo que todos os cabos de ligação e o adaptador são ideais. b) Considerando que o valor aproximado a ser pago pelo consumo de 1,0 kWh é de 0,087 euros e que os aparelhos permaneçam ligados em média 4 horas por dia durante os 30 dias do mês, calcule o valor a ser pago, no final de um mês de consumo, devido a estes aparelhos eléctricos. Justifique as suas respostas. CapIII. 19 A figura mostra um circuito elétrico (divisor de tensões)

onde se aplica uma ddp de entrada e se mede uma ddp de saída. Calcule qual deve ser a razão R1/R2, para que a ddp de saída seja um décimo da ddp de entrada. Justifique a sua resposta. CapIII. 20 Quatro lâmpadas incandescentes idênticas A, B, C e D foram associadas e, em seguida, a associação é ligada a um gerador de energia elétrica ideal. Em um dado instante, a lâmpada A queima, interrompendo o circuito no ramo em que ela se encontra. As lâmpadas B, C e D permanecem acesas, porém o brilho da lâmpada B aumenta e o brilho das lâmpadas C e D diminui. Note que quanto maior o brilho maior a potência. Com base nesses dados, a alternativa que indica a associação formada por essas lâmpadas é:

Prof. Amilcar Praxedes (responsável)

Cap III: Corrente contínua

pág. 8

Eletromagnetismo e Ótica

2021/22

Capítulo III. Problemas

CapIII. 21

No circuito da figura ao lado, a diferença de potencial, em módulo, entre os pontos A e B é de: a) 5 V; b) 4 V; c) 3 V; d) 1 V; e) 0 V. Justifique a sua resposta.

Geradores e Receptores CapIII. 22

O circuito da figura é composto de um gerador (ε = 12V e r = 1 Ω) e mais três resistências (R1 = 7 Ω, R2 = 3 Ω e R3 = 6 Ω). Qual é o valor da diferença de potencial aos terminais do gerador? A) 12 volts; B) 8,4 volts; C) 10,8 volts; D) 15 volts; E) 11,2 volts. Justifique a sua resposta.

CapIII. 23

Uma bateria cujas especificações são 1,2 V e 1.200 mAh, após ser completamente carregada, é ligada a um motor deforça contraeletromotriz de 1,0 V e resistência interna 0,20 Ω. Considere que essa bateria desenvolve toda sua potência nominal. Calcule o tempo, em horas, que ela consegue manter o motor em funcionamento. Justifique a sua resposta. a)0,50; b) 0,60; c) 1,2; d) 2,0; e) 2,4

CapIII. 24

Em uma situação em que a bateria de um carro está descarregada e, portanto, não é possível dar a partida no motor, geralmente uma bateria carregada é ligada à bateria do carro para fazê-lo funcionar. As figuras I e II representam duas alternativas para interligar as duas baterias através de cabos eléectricos apropriados. A figura que representa a ligação correta é a: A) II, cuja ligação é do tipo em série; B) II, cuja ligação é do tipo em paralelo. C) I, cuja ligação é do tipo em série; D) I, cuja ligação é do tipo em paralelo. Justifique a sua resposta.

Prof. Amilcar Praxedes (responsável)

Cap III: Corrente contínua

pág. 9

Eletromagnetismo e Ótica

2021/22

Capítulo III. Problemas

CapIII. 25

Numa aula de laboratório, os alunos determinaram a força eletromotriz ε e a resistência interna r de uma bateria. Para tal montaram o circuito representado na figura. No voltímetro, mediram a diferença de potencial V para diferentes valores da resistência R do reostato (resistência variável controlável). A partir dos resultados obtidos, calcularam a corrente I no reostato e construíram uma tabela. a) Complete a tabela com os valores da corrente. b) Utilizando os valores da tabela, faça o gráfico de V em função de I. c) Determine a força eletromotriz ε e a resistência interna r da bateria. Considere que as resistências dos fios de ligação do circuito são desprezáveis face à resistência do reostato e da resistência interna da bateria.

CapIII. 26

O circuito representado é composto por uma bateria não ideal e por uma carga resistiva (lâmpada L). O gráfico representa a curva característica tensão U versus corrente I que a bateria fornece a diferentes cargas. Considere que a bateria está aplicada a uma dada lâmpada, à qual fornece a corrente I = 6,0 A. Determine: A) a força eletromotriz da bateria; B) a resistência interna da bateria; C) a resistência dessa lâmpada; D) a potência elétrica dissipada por essa lâmpada e o rendimento (eficiência=Pútil/Paplicada) da bateria nessa situação de operação.

Prof. Amilcar Praxedes (responsável)

Cap III: Corrente contínua

pág. 10

Eletromagnetismo e Ótica

2021/22

Capítulo III. Problemas

CapIII. 27

Definamos receptor elétrico como qualquer dispositivo que transforma energia elétrica em energia não elétrica que não seja exclusivamente energia térmica, pois os dispositivos que transformam e energia elétrica totalmente em energia térmica são definidos como resistências. A diferença de potencial (dpp) aos terminais de um grande ventilador de teto, varia com a corrente conforme o gráfico. Tal como um gerador de corrente eléctrica tem força electro-mot...