FÍSICA 4 - REVISÃO DE FÉRIAS. V m, 4,0 10 N C, acelerasse um elétron durante um. 5,0 10 m. e 1,60 10 C; 1pg 10 g; g 10m s. d.g. 2. d.u. g. g.u.

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1 Revsão e Féras e ELETRICIDADE 1. No nteror as válvulas que comanavam os tubos os antgos televsores, os elétrons eram aceleraos por um campo elétrco. Suponha que um esses campos, unforme e e ntensae 4,0 10 N C, acelerasse um elétron urante um percurso e 4 Sabeno que o móulo a 5,0 10 m. 19 carga elétrca o elétron é 1,6 10 C, a energa aqura pelo elétron nesse eslocamento era e 5 a),0 10 J. 0 b) 3, 10 J. 19 c) 8,0 10 J. 17 ) 1,6 10 J. 13 e) 1,3 10 J.. A fgura representa um elétron atravessano uma regão one exste um campo elétrco. O elétron entrou nessa regão pelo ponto X e sau pelo ponto em trajetóra retlínea. Y, Nesse caso, a ntensae o campo elétrco, em equvale a: V m, a) 40 b) 30 c) 0 ) Em um expermento e Mllkan (etermnação a carga o elétron com gotas e óleo), sabe-se que caa gota tem uma massa e 1,60 pg e possu uma carga exceente e quatro elétrons. Suponha que as gotas são mantas em repouso entre as uas placas horzontas separaas e A ferença e potencal entre as placas eve ser, em volts, gual a Daos: carga elementar 1 1pg 10 g; g 10m s a) 45,0 b) 90,0 c) 50 ) 450 e) 600 1,8 cm. 19 e 1,60 10 C; Sabeno que na regão o campo elétrco a velocae o elétron aumentou com aceleração constante, o campo elétrco entre os pontos X e Y tem sento a) e Y para X, com ntensae maor em Y. b) e Y para X, com ntensae maor em X. c) e Y para X, com ntensae constante. ) e X para Y, com ntensae constante. e) e X para Y, com ntensae maor em X. 5. Mutos expermentos mportantes para o esenvolvmento centífco ocorreram urante o século XIX. Entre eles, estaca-se a experênca e Mllkan, que etermnou a relação entre a carga q e a massa m e uma partícula eletrzaa e que, posterormente, levara à etermnação a carga e a massa as partículas elementares. No nteror e um recpente clínrco, em que será prouzo alto vácuo, uas placas planas e paralelas, ocupano a maor área possível, são mantas a uma curta stânca, e entre elas é estabeleca uma ferença e potencal elétrco constante U. Varano-se e U, é possível fazer com que uma partícula e massa m eletrzaa com carga q fque equlbraa, manta em repouso entre as placas. No local a experênca, a aceleração a gravae é constante e ntensae g. 3. A aplcação e campo elétrco entre os eletroos é um recurso efcaz para separação e compostos ôncos. Sob o efeto o campo elétrco, os íons são atraíos para os eletroos e carga oposta. Amta que a stânca entre os eletroos e um campo elétrco é e 0 cm e que a ferença e potencal efetva aplcaa ao crcuto é e 6 V. Nessas conções, a relação qm será aa por a).u. g b) g.u. c).g. U ).U. g e).g. U G:\Máro Broetto\Documents\Revsão e féras - 018\Revsão e Féras - Físca 4.oc 1 Kleber Dettogn Vera

2 6. Um recpente com parees aabátcas contém e água a 0 C. Um resstor com resstênca 100 g elétrca e,0 1 V é lgao a uma fonte e tensão e e é merso na água. Desconsere a capacae térmca o recpente, e assnale a alternatva que correspone, aproxmaamente, ao tempo necessáro para a água atngr 30 C. a) 58 s b) 14 s c) 44 s ) 9 s e) 87 s 7. Uma fonte e tensão cuja força eletromotrz é e tem resstênca nterna e A fonte está lgaa em sére com uma lâmpaa ncanescente e com um resstor. Meas são realzaas e constatase que a corrente elétrca que atravessa o resstor é e e que a ferença e potencal na 15 V 0,0 A, 5. lâmpaa é e 4 V. Nessa crcunstânca, as resstêncas elétrcas a lâmpaa e o resstor valem, respectvamente, a) 0,8 e 50. b) 0 e 50. c) 0,8 e 55. ) 0 e) 0 e 55. e No corpo humano, as atvaes bológcas são estmulaas ou controlaas por mpulsos elétrcos. Quano ocorre o contato o organsmo com uma corrente elétrca, provenente o meo externo, poe haver anos que vão ese uma ormênca na superfíce a pele até a pera os sentos ou morte. A corrente elétrca quano percorre toa extensão o corpo humano possu ntensae etermnaa por os fatores: a ferença e potencal exstente entre os pontos específcos e a resstênca elétrca o corpo. Conserano-se os efetos fsológcos a corrente elétrca no corpo humano, com base nos conhecmentos sobre a eletrcae, poe-se afrmar: a) O trajeto a corrente elétrca no corpo humano epene, exclusvamente, a quantae o teco aposo presente no organsmo, quasquer que sejam os os pontos e contato o nvíuo com o crcuto energzao. b) A resstênca elétrca o corpo humano epene, entre outros fatores, a stânca entre os pontos o corpo submetos a uma p, as característcas físcas e conções a pele e caa nvíuo e o meo ambente. c) Um nvíuo, com os pés escalços sobre a terra, ao tocar em apenas um os polos e uma tomaa e tensão senoal, como a e uma resênca, não levará choque porque o crcuto fcará em aberto. ) A resstênca elétrca o corpo humano vara em proporção nversa à stânca entre os pontos o corpo humano submetos a uma p constante. e) A conutânca a pele humana é nversamente proporconal à área e contato com a fonte e tensão, porque a pele humana tem a mesma função e um capactor com elétrco. 9. Atualmente são usaos LEDs (Lght Emttng Doe) na lumnação oméstca. LEDs são spostvos semconutores que conuzem a corrente elétrca apenas em um sento. Na fgura, há um crcuto e almentação e um LED e 8 W, que opera com uma fonte (F) e 6 V. (L) 4 V, seno almentao por (R), O valor a resstênca o resstor em necessáro para que o LED opere com seus valores nomnas é, aproxmaamente, a) 1,0. b),0. c) 3,0. ) 4,0. e) 5, Para obter expermentalmente a curva a ferença e potencal U em função a ntensae a corrente elétrca para uma lâmpaa, um aluno montou o crcuto a segur. Colocano entre os pontos e B resstores com versos valores e resstênca, ele obteve ferentes valores e U e e para a lâmpaa. A, G:\Máro Broetto\Documents\Revsão e féras - 018\Revsão e Féras - Físca 4.oc

3 Conserano que a batera e e mea e os fos e lgação sejam eas, quano o aluno obteve as meas U 5,70 V e 9,0 V, os aparelhos 0,15 A, a resstênca o resstor colocao entre os pontos A e B era e a) 100. b) 33. c) 56. ) 68. e). 11. Nos últmos anos, materas exótcos conhecos como solantes topológcos se tornaram objeto e ntensa nvestgação centífca em too o muno. De forma smplfcaa, esses materas se caracterzam por serem solantes elétrcos no seu nteror, mas conutores na sua superfíce. Desta forma, se um solante topológco for submeto a uma ferença e potencal teremos uma resstênca efetva na superfíce ferente a resstênca o seu volume, como mostra o crcuto equvalente a fgura abaxo. s Nessa stuação, a razão F entre a corrente s v que atravessa a porção conutora na superfíce e a corrente que atravessa a porção solante no nteror o materal vale a) 0,00. b) 0,. c) 100,. ) 500. v U, 1. No crcuto elétrco as resêncas, há algumas chaves sjuntoras e segurança que se eslgam automatcamente em caso e sobrecarga. Na coznha e uma casa poe ocorrer e funconarem, ao mesmo tempo, uma gelaera e forno e.100 W, lqufcaor e 150 W W, um uma lâmpaa e 50 W e um Se essa casa possu uma ree elétrca e 110 V, o sjuntor a coznha eve ser capaz e suportar uma corrente, em amperes, e, no mínmo, a) 15. b) 30. c) 45. ) Em 016, as lâmpaas ncanescentes tveram sua vena efntvamente proba no país, por razões energétcas. Uma lâmpaa fluorescente, conseraa energetcamente efcente, consome e potênca e poe prouzr a mesma ntensae lumnosa que uma lâmpaa ncanescente consumno a potênca e 100 W. A va útl méa a lâmpaa fluorescente é e e seu preço méo é e enquanto a lâmpaa ncanescente tem va útl e h e caa unae custara, hoje, R$ 4,00. O 8 W h R$ 0,00, custo a energa é e R$ 0,5 por qulowatt-hora. O valor total, em reas, que poe ser poupao usano uma lâmpaa fluorescente, ao longo a sua va útl, ao nvés e usar lâmpaas ncanescentes para obter a mesma ntensae lumnosa, urante o mesmo períoo e tempo, é a) 90,00. b) 140,00. c) 00,00. ) 50,00. e) 90, Consere um spostvo elétrco formao por uma batera com um os termnas lgao a um os termnas e um resstor. Caso esse spostvo seja conectao em paralelo a um seguno resstor, poese afrmar corretamente que a) a corrente forneca pela batera é ferente nos resstores. b) a corrente nos os resstores tem mesmo valor. c) a tensão nos os resstores é sempre a mesma a batera. ) a soma as tensões nos resstores é o obro a tensão na batera. G:\Máro Broetto\Documents\Revsão e féras - 018\Revsão e Féras - Físca 4.oc 3

4 15. Há alguns anos a lumnação resencal era preomnantemente feta por meo e lâmpaas ncanescentes. Atualmente, ano-se atenção à polítca e preservação e bens naturas, estas lâmpaas estão seno trocaas por outros tpos e lâmpaas muto mas econômcas, como as fluorescentes compactas e e LED. Numa resênca usavam-se 10 lâmpaas ncanescentes e 100 W que fcavam lgaas em méa horas por a. Estas lâmpaas foram substtuías por lâmpaas fluorescentes compactas que consomem caa uma e W também fcam lgaas em méa 5 horas por a. Aotano o valor R$ 0,40 para o preço o qulowatthora, a economa que esta troca proporcona em um mês e trnta as é e a) R$ 18,00. b) R$ 48,00. c) R$ 60,00. ) R$ 10,00. e) R$ 48,00. SOLUÇOES DAS QUESTÕES Resposta a questão 1: [B] Pelo teorema a energa cnétca, o ganho e energa o elétron fo e: τ ΔEc F ΔEc qe 19 4 ΔEc 1, ΔEc 3, 10 J Resposta a questão : [C] Como o elétron está aumentano a velocae com aceleração constante, a força elétrca é constante, assm o campo elétrco é unforme e aponta a placa postva (Y) para a placa negatva (X). Portanto, está correta a alternatva [C]. Resposta a questão 3: [B] U 6 E U E E 30 V. 0, m Resposta a questão 4: [D] Para as gotas em repouso, temos a força resultante gual à zero, portanto a ntensae a força elétrca é exatamente gual ao móulo o peso e caa gota. mg Fe P qe mge (1) q Usano a equação para o campo elétrco unforme, temos: U E () Juntano as uas equações, encontra-se a ferença e potencal U: mg U q 15 1,6 10 kg 10 m / s 1,8 10 m U ,6 10 C U 450 V GABARITO 1)B )C 3)B 4)D 5)E 6)A 7)B 8)B 9)A 10)E 11)D 1)B 13)C 14)B 15)B Resposta a questão 5: [E] Como a partícula é manta em equlíbro sob a ação as forças peso e elétrca, suas ntensaes são guas, com mesma reção e sentos contráros, portanto a força resultante é nula. q g Fe P q E mg 1 m E Conserano a expressão para o campo elétrco unforme como a razão entre a ferença e potencal U e a stânca entre as placas, temos: U E Substtuno na equação (1), obtemos: G:\Máro Broetto\Documents\Revsão e féras - 018\Revsão e Féras - Físca 4.oc 4

5 q g q g q g m E m U m U Resposta a questão 6: [A] Cálculo a potênca elétrca: U 1 P P P 7 W R Cálculo o calor sensível necessáro para o aquecmento a água: Q m c ΔT cal Q 100 g C gc Q 1000 cal 4, J QSI 1000 cal 1cal Q SI 400 J Cálculo o tempo necessáro para o aquecmento através a potênca: Q Q P Δt Δt P 400 J Δt Δt 58,3 s 7 W Resposta a questão 7: [B] Como o crcuto está assocao em sére, a ntensae a corrente elétrca é a mesma para caa elemento o crcuto, então a resstênca na lâmpaa R 1 será: U1 4 R1 R1 R1 0 Ω 0, Para calcular a resstênca o resstor, prmeramente achamos a tensão gasta com a resstênca nterna obta pela 1ª Le e Ohm: U r U 5 0, U 1V Logo, a tensão sobre o resstor U será: U U 10 V Assm, a resstênca o resstor R é: U 10 R R R 50 Ω 0, U [C] Falsa. A corrente elétrca as nossas resêncas é alternaa, portanto haverá choque elétrco, pos o nvíuo não está com calçaos ou luva solante. [D] Falsa. Usano a seguna le e Ohm, observamos que a resstênca elétrca é retamente proporconal ao comprmento o conutor, no caso, os os pontos o corpo humano. [E] Falsa. A conutânca é retamente G G proporconal à área e contato, sto é, quanto maor a área e contato com a fonte e tensão, maor é a conutânca, que é o nverso a resstênca elétrca. 1 ª le Ohm A G R ρ L Resposta a questão 9: [A] Daos: PL 8 W; UL 4 V; E 6V. Calculano a corrente e operação o LED: P U 8 4 A. L L A tensão elétrca no resstor é: UR E UL 6 4 UR V. Aplcano a 1ª Le e Ohm: UR UR R R R 1 Ω. Resposta a questão 10: [E] Daos: E 9V; U 5,7V; 0,15A. A força eletromotrz a batera (E) é gual à p na lâmpaa (U) somaa com a p no resstor Assm: E U U R E U R 9 5,7 R 0,15 9 5,7 3,3 R 0,15 0,15 R Ω. (U R ). Resposta a questão 8: [B] Análse as alternatvas: [A] Falsa. Para conuzr a corrente elétrca exstem os fatores mportantes: a presença e elétrons lvres (em metas, por exemplo) e íons lvres (no caso o corpo humano, o sangue representa essa conção). Portanto, os tecos aposos como as goruras não apresentam essa pecularae e íons lvres e sm os vasos sanguíneos e seus caplares até a pele. [B] Veraera. Resposta a questão 11: [D] As uas porções estão em paralelo: U Rs s Rs s Rv v U Rvv s Rv 100 F R 0, v F 500. s G:\Máro Broetto\Documents\Revsão e féras - 018\Revsão e Féras - Físca 4.oc 5

6 Resposta a questão 1: [B] A ntensae a corrente poe ser calculaa com a expressão a potênca elétrca: P U One: potênca elétrca, em watts (W); P U tensão ou ferença e potencal, em volts (V); ntensae a corrente elétrca, em ampères (A). Somano as potêncas os aparelhos e aplcano na equação, temos: Ptotal Ptotal 3300 W P U A 110 Esse sera o máxmo valor e corrente suportaa pelo sjuntor sem ocorrer o eslgamento evo à sobrecarga. Resposta a questão 13: [C] Uma lâmpaa fluorescente ura horas, enquanto que a ncanescente ura horas. Portanto, para o mesmo tempo evem ser usaas 10 lâmpaas ncanescentes. Têm-se, então: Daos: Fluorescente: n 1; f f P 8 W 0,08 kw; Cf R$ 0,00. Incanescente: n 10; P 100 W 0,1kW; C R$ 4,00. Assm, o valor economzao é: Vecon V Vf Vecon 90,00 90,00 V R$ 00,00. econ Resposta a questão 14: [B] Dos resstores com o mesmo valor e resstênca (etalhe não menconao no enuncao), caso lgaos em paralelo, sofrem a passagem e corrente e mesma ntensae. Caso fossem lgaos em sére, a corrente sera a mesma nepenente a conção e gualae e resstêncas. Resposta a questão 15: [B] Antes a troca P P W E P Δ t E E Wh E 150 kwh Depos a troca P 10 0 P 00 W E P Δt E E Wh E 30 kwh Logo a economa fo e 10 kwh 1kWh R$ 0,40 10 kwh x x 0,4 10 x 48 reas O valor (V), em reas, para o uso e caa tpo e lâmpaa correspone ao custo as lâmpaas somao ao custo a energa consuma em h. Seno r R$0,5 a tarfa e energa elétrca, têm-se: Vf 1 0,00 0,5 0, Vf 0,00 70,00 Vf R$90,00. V nc rpδt V 10 4,00 0,5 0, V 40,00 50,00 V R$ 90,00. G:\Máro Broetto\Documents\Revsão e féras - 018\Revsão e Féras - Físca 4.oc 6

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