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1 1. O setor agropecuário, nos últimos anos, vem passando por grandes transformações. tualmente, as propriedades rurais são dotadas de um bom nível de conforto, o que anteriormente era privilégio somente dos habitantes urbanos. Sem dúvida, a energia elétrica é a principal responsável por essa modernização. Ela permite desde a implantação de motores elétricos, que aumentam a capacidade produtiva da fazenda, até uma iluminação eficiente bem como a utilização de aparelhos de comunicação, como rádio, telefone, TV e vários outros, proporcionando melhor qualidade de vida e reduzindo o êxodo rural. Dessa maneira, a construção de usinas de pequeno porte pode ser uma alternativa para o fornecimento de energia elétrica para pequenas propriedades rurais. Em granjas, por exemplo, é comum a utilização de chocadeiras de ovos. Uma chocadeira de ovos comum necessita de quatro lâmpadas de 40 W - 10 V para aquecer o ambiente interno. Essas lâmpadas devem ficar ligadas 4 horas. De acordo com o texto, assinale a alternativa CORRET. a) Utilizando-se a usina hidroelétrica e supondo que as lâmpadas da chocadeira estão associadas em paralelo, é possível fornecer energia elétrica para 150 chocadeiras por dia. b) Na tabela acima a capacidade de geração está relacionada à potência elétrica gerada em cada tipo de usina. c) Na usina eólica, a energia é do tipo não renovável. d) Supondo que a tensão permaneça constante na associação das lâmpadas da chocadeira, a potência total será a mesma independente de a ligação ser em série ou em paralelo. e) Supondo que a tensão elétrica obtida gerada a partir de painéis fotovoltaicos seja contínua e igual a 0 V, se ligarmos as lâmpadas da chocadeira em série, nesta tensão elas funcionarão normalmente.. lguns animais, como o peixe elétrico, conseguem gerar corrente elétrica pela simples migração de íons de metais alcalinos através de uma membrana. O órgão elétrico desse peixe é formado por células chamadas de eletroplacas, que são similares às musculares, mas não se contraem. Essas células são discos achatados, nos quais uma das superfícies é inervada por terminações nervosas colinérgicas. Quando estimuladas, apenas a superfície inervada é despolarizada. Milhares de eletroplacas empilham-se em série formando conjuntos que, por sua vez, se dispõem em paralelo. O esquema a seguir, representando esses conjuntos, detalha também a estrutura básica da eletroplaca e mostra os potenciais de repouso da membrana e a sua inversão na face inervada, quando o nervo é estimulado. Página 1 de 15

2 dmita as seguintes condições: - cada conjunto de eletroplacas em série é formado por 5000 células e existem 5 desses conjuntos em paralelo; - esses 5 conjuntos em paralelo podem gerar uma intensidade total de corrente elétrica igual a 0,5. Nesse caso, a potência máxima, em watts, que cada conjunto pode fornecer é igual a: a) 50 b) 75 c) 150 d) Na maior parte das residências que dispõem de sistemas de TV a cabo, o aparelho que decodifica o sinal permanece ligado sem interrupção, operando com uma potência aproximada de 6 W, mesmo quando a TV não está ligada. O consumo de energia do decodificador, durante um mês (30 dias), seria equivalente ao de uma lâmpada de 60 W que permanecesse ligada, sem interrupção, durante a) 6 horas. b) 10 horas. c) 36 horas. d) 60 horas. e) 7 horas. 4. O chuveiro elétrico é um dispositivo capaz de transformar energia elétrica em energia térmica, o que possibilita a elevação da temperatura da água. Um chuveiro projetado para funcionar em 110V pode ser adaptado para funcionar em 0V, de modo a manter inalterada sua potência. Página de 15

3 Uma das maneiras de fazer essa adaptação é trocar a resistência do chuveiro por outra, de mesmo material e com o(a) a) dobro do comprimento do fio. b) metade do comprimento do fio. c) metade da área da seção reta do fio. d) quádruplo da área da seção reta do fio. e) quarta parte da área da seção reta do fio. 5. Um circuito em série é formado por uma pilha, uma lâmpada incandescente e uma chave interruptora. o 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 se chocam no filamento da lâmpada. 6. Para ligar ou desligar uma mesma lâmpada a partir de dois interruptores, conectam-se os interruptores para que a mudança de posição de um deles faça ligar ou desligar a lâmpada, não importando qual a posição do outro. Esta ligação é conhecida como interruptores paralelos. Este interruptor é uma chave de duas posições constituída por um polo e dois terminais, conforme mostrado nas figuras de um mesmo interruptor. Na Posição I a chave conecta o polo ao terminal superior, e na Posição II a chave o conecta ao terminal inferior. O circuito que cumpre a finalidade de funcionamento descrita no texto é: a) b) c) d) Página 3 de 15

4 e) 7. 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. Potência (Watt) CRCTERÍSTICS TÉCNICS Especificação Modelo Tensão (V~) 17 0 Seletor de Temperatura Multitemperaturas Disjuntor ou fusível (mpere) Seção dos condutores (mm ) 10 4 Uma pessoa adquiriu um chuveiro do modelo e, ao ler o manual, verificou que precisava ligálo 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 devia possuir amperagem 40% menor. Considerando-se os chuveiros de modelos e, funcionando à mesma potência de W, a razão entre as suas respectivas resistências elétricas, R e R 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. 8. Observe a tabela seguinte. Ela traz especificações técnicas constantes no manual de instruções fornecido pelo fabricante de uma torneira elétrica. Especificações Técnicas Modelo Torneira Tensão Nominal (volts) 17 0 Potência Nominal (Watts) (Frio) Desligado (Morno) (Quente) Corrente Nominal (mpères) 35,4 43,3 0,4 5,0 Fiação Mínima (té 30m) 6 mm 10 mm 4 mm 4 mm Página 4 de 15

5 Fiação Mínima (cima 30 m) 10 mm 16 mm 6 mm 6 mm Disjuntor (mpère) Disponível em: Suprema/ Manual Torneira Suprema roo.pdf Considerando que o modelo de maior potência da versão 0 V da torneira suprema foi inadvertidamente conectada a uma rede com tensão nominal de 17 V, e que o aparelho está configurado para trabalhar em sua máxima potência. Qual o valor aproximado da potência ao ligar a torneira? a) W b).800 W c) 3.00 W d) W e) W 9. 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$ 0,0. O valor a ser pago pelo consumo de energia elétrica registrado seria de a) R$ 41,80. b) R$ c) R$ d) R$ 43,80. e) R$ 44, O manual de instruções de um aparelho de ar-condicionado apresenta a seguinte tabela, com dados técnicos para diversos modelos: Capacidade de refrigeração Potência (W) Corrente elétrica - Eficiência energética Vazão de ar (m 3 /h) Frequência (Hz) Página 5 de 15

6 kw/(tu/h) ciclo frio () COP (W/W) 3,5/(1.000) ,8, ,4/(18.000) ,7, ,4/(18.000) ,7, ,45/(.000) ,, ,45/(.000) ,, Considere-se que um auditório possua capacidade para 40 pessoas, cada uma produzindo uma quantidade média de calor, e que praticamente todo o calor que flui para fora do auditório o faz por meio dos aparelhos de ar-condicionado. Nessa situação, entre as informações listadas, aquelas essenciais para se determinar quantos e/ou quais aparelhos de ar-condicionado são precisos para manter, com lotação máxima, a temperatura interna do auditório agradável e constante, bem como determinar a espessura da fiação do circuito elétrico para a ligação desses aparelhos, são a) vazão de ar e potência. b) vazão de ar e corrente elétrica - ciclo frio. c) eficiência energética e potência. d) capacidade de refrigeração e frequência. e) capacidade de refrigeração e corrente elétrica ciclo frio. 11. instalação elétrica de uma casa envolve várias etapas, desde a alocação dos dispositivos, instrumentos e aparelhos elétricos, até a escolha dos materiais que a compõem, passando pelo dimensionamento da potência requerida, da fiação necessária, dos eletrodutos*, entre outras. Para cada aparelho elétrico existe um valor de potência associado. Valores típicos de potências para alguns aparelhos elétricos são apresentados no quadro seguinte: parelhos Potência (W) parelho de som 10 Chuveiro elétrico Ferro elétrico 500 Televisor 00 Geladeira 00 Rádio 50 *Eletrodutos são condutos por onde passa a fiação de uma instalação elétrica, com a finalidade de protegê-la. escolha das lâmpadas é essencial para obtenção de uma boa iluminação. potência da lâmpada deverá estar de acordo com o tamanho do cômodo a ser iluminado. O quadro a seguir mostra a relação entre as áreas dos cômodos (em m ) e as potências das lâmpadas (em W), e foi utilizado como referência para o primeiro pavimento de uma residência. Área do Cômodo (m ) Sala/copa /cozinha Potência da Lâmpada (W) Quarto, varanda e corredor banheiro té 6, ,0 a 7, ,5 a 10, Página 6 de 15

7 Obs.: Para efeitos dos cálculos das áreas, as paredes são desconsideradas. Considerando a planta baixa fornecida, com todos os aparelhos em funcionamento, a potência total, em watts, será de a) b) c) d) e) eficiência de um processo de conversão de energia é definida como a razão entre a produção de energia ou trabalho útil e o total de entrada de energia no processo. figura mostra um processo com diversas etapas. Nesse caso, a eficiência geral será igual ao produto das eficiências das etapas individuais. entrada de energia que não se transforma em trabalho útil é perdida sob formas não utilizáveis (como resíduos de calor). umentar a eficiência dos processos de conversão de energia implica economizar recursos e combustíveis. Das propostas seguintes, qual resultará em maior aumento da eficiência geral do processo? a) umentar a quantidade de combustível para queima na usina de força. b) Utilizar lâmpadas incandescentes, que geram pouco calor e muita luminosidade. c) Manter o menor número possível de aparelhos elétricos em funcionamento nas moradias. d) Utilizar cabos com menor diâmetro nas linhas de transmissão a fim de economizar o material condutor. e) Utilizar materiais com melhores propriedades condutoras nas linhas de transmissão e lâmpadas fluorescentes nas moradias. Página 7 de 15

8 13. Na avaliação da eficiência de usinas quanto à produção e aos impactos ambientais, utilizam-se vários critérios, tais como: razão entre produção efetiva anual de energia elétrica e potência instalada ou razão entre potência instalada e área inundada pelo reservatório. No quadro seguinte, esses parâmetros são aplicados às duas maiores hidrelétricas do mundo: Itaipu, no rasil, e Três Gargantas, na China. Parâmetros Itaipu Três Gargantas Potência instalada MW MW Produção efetiva de energia elétrica Área inundada pelo reservatório 93 bilhões de kwh/ano 84 bilhões de kwh/ano km km Internet: < Com base nessas informações, avalie as afirmativas que se seguem. I. energia elétrica gerada anualmente e a capacidade nominal máxima de geração da hidrelétrica de Itaipu são maiores que as da hidrelétrica de Três Gargantas. II. Itaipu é mais eficiente que Três Gargantas no uso da potência instalada na produção de energia elétrica. III. razão entre potência instalada e área inundada pelo reservatório é mais favorável na hidrelétrica Três Gargantas do que em Itaipu. É correto apenas o que se afirma em a) I. b) II. c) III. d) I e III. e) II e III. 14. 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 a seguir fossem utilizados diariamente da mesma forma. Tabela: tabela fornece a potência e o tempo efetivo de uso diário de cada aparelho doméstico. parelho Potência Tempo de uso diário (horas) r condicionado 1,5 8 Chuveiro elétrico 3,3 1/3 Freezer 0, 10 Geladeira 0,35 10 Lâmpadas 0,1 6 Supondo que o mês tenha 30 dias e que o custo de 1kWh é 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$ 10. e) R$ 30. Página 8 de 15

9 15. Na comparação entre diferentes processos de geração de energia, devem ser considerados aspectos econômicos, sociais e ambientais. Um fator economicamente relevante nessa comparação é a eficiência do processo. Eis um exemplo: a utilização do gás natural como fonte de aquecimento pode ser feita pela simples queima num fogão (uso direto), ou pela produção de eletricidade em uma termoelétrica e uso de aquecimento elétrico (uso indireto). Os rendimentos correspondentes a cada etapa de dois desses processos estão indicados entre parênteses no esquema. Na comparação das eficiências, em termos globais, entre esses dois processos (direto e indireto), verifica-se que a) a menor eficiência de P deve-se, sobretudo, ao baixo rendimento da termoelétrica. b) a menor eficiência de P deve-se, sobretudo, ao baixo rendimento na distribuição. c) a maior eficiךncia de P deve-se ao alto rendimento do aquecedor elיtrico. d) a menor eficiência de P 1 deve-se, sobretudo, ao baixo rendimento da fornalha. e) a menor eficiência de P 1 deve-se, sobretudo, ao alto rendimento de sua distribuição. Página 9 de 15

10 Gabarito: Resposta da questão 1: [] Resolução LTERNTIV Se uma chocadeira necessita de quatro lâmpadas, 150 chocadeiras usarão 600 lâmpadas. Pela potência da lâmpada e tempo de uso diário W.4h = Wh = 576 kwh LTERNTIV Correta LTERNTIV C energia eólica é renovável. LTERNTIV D Com a ligação em paralelo existe a garantia de cada chocadeira receba a tensão de trabalho correta. Se a ligação por em série a tensão total será distribuída entre as chocadeiras e desta forma cada uma receberá apenas uma fração do que é necessário. LTERNTIV E Se ligarmos as chocadeiras em série precisaremos de uma tensão total que deverá ser um múltiplo inteiro de 10 V. O valor 0 V não tem esta propriedade. Resposta da questão : [] Resolução Uma célula possui 150 mv. Em série 5000 células precisam de U = = 750 V Como P = U.i = 750.0,5 = 375 W Para um dos conjuntos 375/5 = 75 W Resposta da questão 3: Resolução Consumo = Potência. t Para o decodificador: Consumo = 6W.30d.4h/d = 430 W.h = 4,3 kwh No caso da lâmpada 430 = 60. t t = 7 h Resposta da questão 4: Página 10 de 15

11 Das expressões da potência elétrica e da segunda lei de Ohm: U ( 0) ( 110) R0 0 P = P0 = P 110 = = R R0 R110 R ρ L0 ρ L110 L0 L110 R0 = 4 R 110 = 4 = (I) 0 = 110 L0 = 4 L 110 Se 110 ( II ) L0 = L = 4 Nas opções mostradas, somente há a hipótese (II). Resposta da questão 5: [D] Quando se fecha a chave, surge um campo elétrico ao longo de todo o fio, fazendo com que as cargas comecem a se deslocar, formando a corrente elétrica. Resposta da questão 6: O único circuito que fecha tanto para a posição I como para a posição II é o circuito da alternativa. Resposta da questão 7: [] Dados: P = W; U = 17 V; U = 0 V; I = 50 ; I = 30. Como a potência é a mesma nos dois casos, temos: U P = R U U R U R 17 P = P = = = U R R R U R 0 P = R R R = ( 0,58 ) = 0,3. R R 0 OS: sabe-se da eletrodinâmica e do eletromagnetismo que 3. Isso simplifica 17 bastante os cálculos envolvendo tensões de 0 V e 17 V, como no caso dessa questão, conforme ilustrado abaixo: U P = R U U R U R 17 P = P = = = U R R R U R 0 P = R 1 R 1 = = = R R 3 R 3 0,3. Resposta da questão 8: [] Página 11 de 15

12 De acordo com a tabela dada, o modelo de potência máxima para a tensão U = 0 V, tem potência nominal P = W. Supondo que a resistência permaneça constante, a potência de operação para a tensão U = 10 V é P. ssim podemos escrever: U P = (I) R U' P' = (II) R Dividindo membro a membro as expressões acima, (II) (I), vem: P' U' R P' U' P' 17 = = = P R U P U P = (0,33) P = W. Resposta da questão 9: Fazendo as leituras: tual.783 kwh; Mês passado.563 kwh. O consumo mensal (C) corresponde à diferença entre as leituras C = = 0 kwh. O valor a ser pago (V) é, então: V = 0 0,0 = R$ 44,00. Resposta da questão 10: Para se determinar quantos aparelhos são necessários, deve-se conhecer a capacidade de refrigeração do modelo a ser instalado. Quanto mais aparelhos são instalados, maior a corrente puxada da rede, necessitando de fios de diâmetro cada vez maior. Para tal, é necessário determinar a intensidade da corrente elétrica de alimentação dos aparelhos. Resposta da questão 11: [D] Calculemos, primeiramente, as potências das lâmpadas usadas, obedecendo aos valores da ª tabela dada, e anexemos as duas tabelas. Cômodo Área (m ) Lâmpada (W) Cozinha 3 3 = Corredor 3 0,9 =,7 60 Sala 3,8 = 8,4 100 anheiro 1,5,1 =,15 60 Total (1) 30 parelhos Potência (W) parelho de som 10 Chuveiro elétrico Ferro elétrico 500 Televisor 00 Geladeira 00 Página 1 de 15

13 Rádio 50 Total () Somando-se a potência das lâmpadas à dos outros aparelhos [Total (1) + Total ()], temos: P total = = W Resposta da questão 1: Comentários: Nesse tipo de teste, há que se tomar o cuidado de não analisar cada afirmação isoladamente. s vezes ela pode ser verdadeira mas não estar coerente com o texto. É um tipo de questão muito comum no ENEM. a) Errada. umentar a quantidade de combustível aumenta a quantidade de energia gerada, mas não aumenta a eficiência do sistema. b) Errada. Lâmpadas incandescentes são as que mais dissipam energia na forma de calor, cerca de 90% da energia consumida. c) Errada. Diminui o consumo de energia, mas não aumenta a eficiência do sistema. d) Errada. Cabos com menor diâmetro diminuem a área da secção transversal do condutor, aumentando a resistência, dissipando mais calor na linha de transmissão. e) Correta. Resposta da questão 13: I. Errado. energia gerada por Itaipu é maior apesar de a potência instalada ser menor. II. Correto. Pois apesar de ter uma potência instalada menor consegue produzir mais energia. III. Correto. Itaipu P MW / km = = 1400 Três Gargantas P ,MW / km = = 1000 Resposta da questão 14: parelho Potência Tempo de uso diário (horas) Consumo Mensal (kwh) r condicionado 1, x 8 x 1,5 = 360 Chuveiro elétrico 3,3 1/3 30 x 3,3 x 1/3 = 33 Freezer 0, x 10 x 0, = 60 Geladeira 0, x 10 x 0,35 = 105 Lâmpadas 0, x 6 x 0,1 = 18 Total 576 Custo 576 x 0,4 = R$30,40 Resposta da questão 15: [] Eficiência de P 1 0,95 x 0,7 = 66,5% Página 13 de 15

14 Eficiência de P 0,4 x 0,9 x 0,95 = 34,% O processo P é menor principalmente pela primeira etapa. Página 14 de 15

15 Resumo das questões selecionadas nesta atividade Data de elaboração: 9/06/014 às 11:09 Nome do arquivo: potencia_sala Legenda: Q/Prova = número da questão na prova Q/D = número da questão no banco de dados do SuperPro Q/prova Q/D Grau/Dif. Matéria Fonte Tipo Não definida.. Física... Pucpr/ Múltipla escolha Não definida.. Física... Uerj/ Múltipla escolha Não definida.. Física... Fuvest/ Múltipla escolha Média... Física... Enem/ Múltipla escolha aixa... Física... Enem/ Múltipla escolha aixa... Física... Enem/01... Múltipla escolha aixa... Física... Enem/ Múltipla escolha aixa... Física... Enem/ Múltipla escolha aixa... Física... Enem/ Múltipla escolha aixa... Física... Enem/ Múltipla escolha Média... Física... Enem/ Múltipla escolha aixa... Física... Enem/ Múltipla escolha Média... Física... Enem/ Múltipla escolha Média... Física... Enem/ Múltipla escolha Média... Física... Enem/00... Múltipla escolha Página 15 de 15

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