Física e Eletricidade ProfªAna Scardino- FÍSICA E ELETRICIDADE CIÊNCIA DA COMPUTAÇÃO ELETRICIDADE. -Eletrostática

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1 1 FÍSICA E ELETRICIDADE CIÊNCIA DA COMPUTAÇÃO ELETRICIDADE -Eletrostática É o estudo das cargas elétricas em repouso. Em geral, os corpos tendem a ficar em equilíbrio elétrico, ou seja com o mesmo número de prótons e elétrons. Quando um corpo recebe um ou mais elétrons, diz-se que ele adquiriu carga negativa. O corpo que cedeu os elétrons ficou, portanto, carregado positivamente, pois o número de prótons ficou maior do que o número de elétrons no material. -Eletricidade Estática A eletricidade estática é gerada por 3 processos elementares de eletrização: atrito,contato e indução.na eletrização por atrito, ao atritar um corpo com outro, um deles cede elétrons e outro recebe. Nosso corpo está atritando freqüentemente com moléculas presentes no ar, podendo acumular cargas, principalmente em dias com umidade relativa do ar baixa.isso pode gerar pequenos choques ao tocar peças metálicas ou mesmo outras pessoas. O choque é o resultado da transferência rápida de cargas elétricas: a descarga elétrica. Os componentes eletrônicos presentes nos aparelhos atuais são muito sensíveis às descargas elétricas. Grandes investimentos são feitos para prevenir e controlas as cargas eletrostáticas geradas no ambiente e evitar que elas sejam descarregadas em componentes ou circuitos eletrônicos, pois isso pode danificar os materiais, provocando danos materiais e financeiros. Esses danos dependem de algumas variáveis como: a tensão desenvolvida(que depende da quantidade de cargas acumuladas), a resistência encontrada durante a descarga,a sensibilidade do material, etc.. A quantidade de cargas acumuladas depende da atividade desenvolvida. A tabela abaixo mostra algumas situações do dia a dia e a tensão eletrostática aproximada correspondente :

2 2 Umidade relativa do ar 65 a 95% 10 a 20% situações Tensão eletrostática Caminhar sobre um carpete Acima de Caminhar sobre um piso de vinil Sentar numa cadeira com estofamento de vinil Sentar numa cadeira com almofada Acima de poliuretano Segurar um copo plástico de café Por que não torramos nessas situações? Um dos motivos é que a corrente elétrica é baixa. A rapidez com que as cargas são transferidas determina a intensidade do choque.um raio, por exemplo, pode transferir uma carga de alguns coulombs em microsegundos. -Carga e Matéria A matéria pode ser considerada como constituída de 3 partículas elementares : próton (carga positiva) nêutron e elétron(carga negativa). Os átomos são constituídos por um núcleo denso, positivamente carregado, isto é, todos os prótons encontram-se nesta região, envolvidos por uma nuvem de elétrons. O raio do núcleo varia desde até m. O raio aproximado de um nuvem eletrônica é de m. Lembrar, que atualmente foram descobertas outras partículas constituintes da matéria. Para se ter uma idéia da quantidade de átomos presentes na matéria, 1 cm 3 de cobre tem aproximadamente átomos de cobre. Aproximadamente um elétron por átomo estabelece a corrente elétrica. Cargas e massas das três partículas elementares partícula carga massa próton +1, C 1, kg neutron 0 1, kg Elétron -1, C 9, kg

3 Formas de eletrização: contato, indução e atrito. Benjamin Franklin( ), foi quem primeiro chamou de positiva a eletricidade que aparece em um bastão de vidro, e negativa a que aparece num bastão de ebonite, ambos atritados num pêlo de animal. Origem do termo eletricidade: 600 a.c. filósofo grego Tales de Mileto observou que o âmbar atritado é capaz de atrair pequenos fragmentos de palha. Elétrico = âmbar,que em grego se escreve elektrón. 3 DIFERENÇA DE POTENCIAL (U) A força que ocasiona o movimento de elétrons livres em um condutor, formando uma corrente elétrica, é chamada força eletromotriz, tensão ou diferença de potencial. Quando existe uma ddp entre dois corpos carregados que são ligados por um condutor, os elétrons fluirão ao longo do condutor. Esse fluxo de elétrons se fará do corpo carregado negativamente para o corpo carregado positivamente, até que o equilíbrio seja estabelecido, ou então algo faça com que se repita esse movimento novamente. Um exemplo análogo é o da água fluindo de um recipiente cujo nível é mais alto para outro, cujo nível é mais baixo. Para que a corrente de água seja mantida é necessária algum mecanismo, como uma bomba de sucção, responsável pela manutenção do movimento de água. No caso elétrico, temos o gerador de tensão no lugar da bomba de sucção. Ele mantém a diferença de potencial para que as cargas possam circular de um pólo a outro. Vamos considerar o exemplo de uma pilha, onde somente as cargas positivas se movam ao longo do circuito. Enquanto elas se movimentam do potencial mais alto para o mais baixo, a diferença de potencial tende a se anular. O gerador justamente recria o "desnível elétrico", capturando as cargas positivas no pólo negativo e as conduzindo ao pólo positivo novamente. Para realizar esse trabalho, existe um gasto energético, que implica no desgaste da pilha.esse trabalho normalmente é realizado por forças de origem química ou magnéticas. CORRENTE ELÉTRICA ( i ) O deslocamento ou fluxo de elétrons no condutor é denominado corrente elétrica. Os elétrons livres movimentam-se caóticamente no interior dos metais(por exemplo um fio de cobre).

4 Ao ligar um fio à uma pilha, uma diferença de potencial elétrico é estabelecida e aparece um campo elétrico. Devido à esse campo, os elétrons adquirem um movimento extra, sobreposto ao caótico, cujo sentido aponta para a região de maior potencial. Os elétrons livres são acelerados adquirindo uma velocidade extra (aproximadamente de 10-3 m/s). O sentido da corrente elétrica é contrário ao sentido do deslocamento dos elétrons. Num condutor, a corrente i é igual a quantidade de carga que atravessa uma secção transversal do fio num certo intervalo de tempo. I = dq/dt 4 Ou i = Q/ t, onde a quantidade de carga pode ser obtida por Q = n.e, sendo n= número de elétrons e e= carga elementar = 1, C Unidade de medida da corrente : ampère (A) 1 A = 1 C/ 1s Um ampère pode ser definido como sendo o fluxo de 6, elétrons passando por um determinado ponto do condutor. A corrente elétrica é classificada em dois tipos: contínua (CC) e alternada(ca). A corrente contínua flui sempre no mesmo sentido ao passo que a corrente alternada periodicamente inverte o sentido. Exercícios: 1- Determine a intensidade da corrente elétrica que atravessa um fio sabendo que uma carga de 32 C atravessa em 4 s uma secção reta desse fio. 2- Sabendo que 1200 elétrons atravessam por segundo a secção reta de um condutor, qual a intensidade da corrente elétrica? 3- Uma corrente elétrica que flui num condutor tem um valor igual a 5 A. Qual a carga que passa numa secção reta do condutor em 5 segundos? 4- Durante uma tempestade um pára-raios recebe uma carga que faz fluir uma corrente de de 2, A num período de 20 µs. Qual é o valor da carga transferida?

5 5 TABELA DE PREFIXOS: FATOR PREFIXO SÍMBOLO atto a femto f pico P 10-9 nano n 10-6 micro µ 10-3 mili M 10 3 quilo K 10 6 mega M 10 9 giga G tera T peta P exa E RESISTÊNCIA Todos os materiais oferecem uma certa resistência ou oposição à passagem da corrente elétrica. Bons condutores, como o cobre, prata, alumínio oferecem pouquíssima resistência. Maus condutores como o vidro, madeira papel, borracha oferecem alta resistência ao fluxo de corrente. A resistência elétrica R depende da natureza do material, do comprimento do resistor e da área de secção reta do condutor. R = ρ L/S R = resistência do resistor L= comprimento do resistor S = área de secção reta do resistor ρ = constante denominada resistividade do material

6 6 Tabela 1: Resistividade de alguns materiais à temperatura de 20ºC Condutores Resisistividade (Ω.m) Prata 1, Alumínio 2, Cobre 1, Platina Ferro Constantan(Cu e Ni) Chumbo Mercúrio Nicromo(Ni e Cr) 30, Carvão Germânio 946 Silício 640 Vidro Quartzo Na maioria dos metais, a resistividade aumenta com a elevação da temperatura. Nos semicondutores, como o silício e o germânio, a resistividade, em geral, diminui com a elevação da temperatura. Nos supercondutores, a resistência cai praticamente a zero, abaixo de uma certa temperatura crítica. Metais comuns, como o alunínio, estanho, chumbo, zinco e índio são supercondutores. Já o cobre, a prata e o ouro não exibem supercondutividade. R R R T T Metais normais semicondutores supercondutores

7 7 LEI DE OHM A resistência elétrica R representa a ddp entre dois pontos do condutor por unidade de corrente elétrica i entre esse pontos. O físico e professor alemão Georges Simon Ohm verificou experimentalmente que para alguns condutores, chamados ôhmicos,o quociente entre a ddp e a correspondente intensidade i da corrente elétrica é constante e que essa constante é a resistência R do resistor: U/i = constante = R U = R.i Essa relação é conhecida como Lei de Ohm. Exemplo: i (A) U(V) Um dispositivo que segue a lei de Ohm, tem sua resistência independente do módulo e da polaridade da diferença de potencial aplicada entre dois pontos. Um dispositivo onde ao aplicar uma ddp entre seus terminais resultar em um corrente,conforme o gráfico abaixo não segue a Lei de Ohm. i(a) U(V)

8 Todos os materiais homogêneos, sejam eles condutores, como o cobre, ou semicondutores, como o silício, obedecem à Lei de Ohm em algumas faixas de valores do campo elétrico. Contudo, quando o campo elétrico é muito forte, existem discrepâncias sobre a Lei de Ohm em todos os casos. No SI, a unidade de resistência elétrica é o ohm (Ω). A unidade de resistividade é dada por ohm x metro. 8 EXERCÍCIOS 1- Um fio de cobre homogêneo, de 3 m de comprimento, tem área de secção transversal de 18 cm 2. A resistividade do cobre é ρ = 1, Ω.m. Determine, no SI, a resistência do fio. 2- Determine o comprimento de um fio de cobre, cuja área de secção é igual a 10-2 cm 2 e resistência igual 0,3 Ω. Considere a resistividade do cobre igual a 1, Ω.m 3- A resistência elétrica de um fio com 300 m de comprimento e 0,3 cm de diâmetro é de 12 Ω. Determine a resistência elétrica de um fio de mesmo material, mas com diâmetro de 0,6 cm e comprimento de 150 m. 4- O filamento de uma lâmpada tem resistência de 240 Ω. Sabendo que a ddp entre os terminais do circuito é de 120 V, qual a intensidade da corrente que passa pelo filamento? 5- Num cabo de resistência r = 8 Ω circula uma corrente de intensidade i - 0,25 A. Determinar a ddp entre seus terminais 6- Uma corrente elétrica de 0,5 A flui num resistor de 10 Ω.Qual a ddp entre as extremidades do resistor? POTÊNCIA ELÉTRICA O que é mais caro? Um banho, um microcomputador ligado 8 horas seguidas, ou uma lâmpada? Potência elétrica de um aparelho indica a quantidade de energia elétrica que ele transforma em outras formas de energia,em certo intervalo de tempo.

9 9 P = τ / t Potência é a rapidez com que se realiza um trabalho. Exemplos : Lâmpada de 100 W Transforma 100 J de energia elétrica em luz e em energia térmica em cada segundo. A energia transformada também pode ser obtida através da potência: E = P. t Unidade de medida no S.I. de potência: watt (W) = J/s O que é 1 kwh? É a unidade de medida da energia elétrica consumida 1 kwh = 1000W x 1h = 1000W x 3600s = J Exemplos: 1- Qual a energia consumida por um chuveiro elétrico cuja potência é 2800W(verão) durante meia hora?. E = 2800 W x 0,5 h = 1400 Wh = 1,4kWh. 2- Qual a energia consumida por uma lâmpada de 60 W ligada durante 12 horas? E = 60x12 =720 Wh = 0,7 kwh 3- Qual a energia consumida por um micro + periféricos, supondo uma potência total de 300W, ligado por 8 horas? E = 300 x 8 = 2400W = 2,4 kwh A energia elétrica que é transformada em energia térmica no intervalo de tempo é chamada potência dissipada. Nos aparelhos resistivos i = P/U ou P = U.i Consegue-se potências diferentes (por exemplo lâmpadas de 25 e 100 W) em aparelhos resistivos ligados à mesma tensão (U= 110V) estabelecendo-se diferentes correntes (i). POTÊNCIA DISSIPADA

10 10 EFEITO JOULE Tratemos inicialmente do caso de uma lâmpada que tem um filamento de tungstênio com resistividade 5, Ω.m, comprimento de 0,4m e área da secção transversal de 10-9 m 2. É possível determinar a resistência elétrica dessa lâmpada que é 22,4 Ω. Podemos ainda calcular a resistência elétrica através da expressão P = U.i Como a lâmpada tem uma potência = 40W, e será ligada a uma tensão de 110V, podemos calcular a sua resistência : R = U/i e i = U/R Então P = U. i = U. U/R = U 2 /R Ou ainda: R = U 2 /P Logo, a resistência será R = /40 = 302,5Ω Vemos que os valores encontrados são diferentes pois são calculados para diferentes temperaturas. O valor de 22,4 Ω é para a luz desligada, e para 302,5 Ω é para a lâmpada acesa( aproximadamente 2200ºC). Em geral é observado esse comportamento, mas há exceções, como já foi visto quando estudamos Resistividade dos materiais. Enquanto uma corrente elétrica é estabelecida em um circuito, está havendo transformação de energia. No caso dos aparelhos resistivos, a transformação é de energia elétrica em térmica e denomina-se efeito Joule. Alguns exemplos de aplicações do efeito Joule: Chuveiro Ebulidores Ferro elétrico Aquecedores Etc A potência dissipada no efeito Joule pode ser calculada lembrando que P = U.i Como da Lei de Ohm U = R.i P = R.i 2 Nesses exemplos, o efeito Joule foi desejável. No entanto, existem inúmeras situações onde ele é indesejável, como no caso dos processadores de micros,

11 Física e Eletricidade ProfªAna Scardinoque podem sofrer danos irreversíveis caso não tenham uma refrigeração adequada, ou a temperatura aumente demais. Um exemplo não desejável desse efeito ocorre quando se deseja realizar um overclock. Veja abaixo um trecho extraído da internet sobre o assunto: Overclock em processadores O overclock consiste em alterar as propriedades e configurações de equipamentos de hardware, no intuito de deixá-los mais rápidos, ou, como muitos dizem, "turbinados". Existem alguns riscos associados : 1 - o tempo de vida útil dos equipamentos pode ser reduzido severamente. Muitos adeptos dizem não considerar esse ponto por que não pretendem fazer com que os componentes "durem para sempre..."; 2 - as chances de queimar o processador, memórias e até a placamãe são grandes; 3 - pode ser que o overclock deixe o computador instável, a ponto de ficar lento. Os riscos dos equipamentos queimarem ou perderem tempo de vida útil existem porque ao fazer overclock, muitas vezes será necessário alterar a voltagem dos componentes, o que resulta em aumento da temperatura. Isso deixa claro que, dependendo do overclock, será necessário adquirir coolers ou outros sistemas de refrigeração. Convém ter conhecimento dos seguintes termos: Clock - é a velocidade interna do processador, medida pela velocidade do FSB (visto abaixo) vezes o valor do multiplicador, que é definido pelo BIOS; Ciclos de clock - consiste nos intervalos de tempo que o processador usa para executar suas instruções; FSB - significa Front Side Bus e tem a função de definir a velocidade 11

12 externa do processador, ou seja, a velocidade na qual o processador se comunica com a memória e componentes da placa-mãe Vcore - é voltagem do equipamento. Hardware x Overclock utilizar como exemplo um overclock realizado num Pentium 4 de 1.6 GHz. Sua configuração FSB x multiplicador é: 100 MHz x 16 = 1.6 GHz ou MHz Para o overclock, o FSB foi mudado para 133 MHz (geralmente é possível mudar esse valor através das teclas de seta ou dos botões Page Up e Page Down em seu teclado): 133 MHz x 16 = 2.1 GHz ou MHz 12 Alterando o Vcore O overclock poderia ter parado na explicação anterior, mas é possível aumentar mais ainda a velocidade do computador, alterando seu Vcore (voltagem). As instruções que o processador executa são realizadas por meio de pulsos elétricos. O intervalo entre os pulsos (ciclo de clock) é importante para a velocidade do processador. Alterando a voltagem do equipamento, é possível diminuir o intervalo entre os pulsos. Quanto menor este intervalo, mais rápido fica o processamento. Assim, se a voltagem for diminuída o ciclo de clock fica mais lento. Como nosso intuito é aumentar a velocidade, o valor do Vcore deve ser aumentado. Devese ficar atento a esta operação, pois qualquer exagero ou precipitação poderá causar danos irreparáveis ao hardware. Por isso, a alteração da voltagem deve ser feita em diferenças entre 0.1v e 0.05v. Em algumas placas é até possível ajustar para 0.025v. Infelizmente não é possível medir com precisão o aumento da

13 13 velocidade do computador, pois isso varia muito. O valor do Vcore pode ser alterado também pelo Setup do BIOS. No entanto, em alguns modelos de placa-mãe menos recentes, essa alteração deve ser feita mudando a posição de um jumper na placamãe, portanto, verifique sempre o manual da mesma, para saber qual o procedimento que cabe a ela. Ao fazer overclock mudando o Vcore, a temperatura do processador certamente vai aumentar. Daí a necessidade de um cooler ". Trechos extraídos do site acessado em 27/01/2006 ESTABILIZADOR DE VOLTAGEM Para maior proteção do computador contra : a) interferências elétricas b) picos de tensão na rede c) transientes e ruídos elétricos diversos Basicamente é um transformador controlado eletronicamente, acoplado a um filtro de linha. Mantém a tensão estável e livre da maior parte dos problemas de ordem elétrica. Normalmente utiliza-se 1000 V.A. ou 1 kva, com potência suficiente para alimentar o computador, a impressora e monitor Encontram-se nas lojas estabilizadores que vão desde 500 até 2000V.A. Existe uma relação entre as indicações em V.A. e watts, apesar de ambas serem a mesma unidade de medida de potência. Medida em V.A. = medida em watts / (fator de potência x rendimento) Fator de potência é um número menor que a unidade, que depende do equipamento. Podemos usar com margem de segurança o valor 0,5. Rendimento é um valor normalmente próximo de 0,9 e serve para fazer a conversão entre potência útil e potência consumida.

14 Ex. Uma fonte de 200 watts para fornecer a sua potência máxima, precisa consumir 220 watts, pois 20 W seriam para o próprio consumo interno, o que dá um rendimento de aproximadamente 91% (η = P útil / P consumida = 200/220). Alguns aparelhos já vêm com a especificação em potência consumida. Nos manuais encontramos os valores em watts. Alguns exemplos de potências em watts e V.A. em valores aproximados são: equipamento Potência em watts Potência em V.A. computador monitor Impressora jato de tinta Impressora laser ~ Por exemplo, um equipamento com impressora jato de tinta, consome uma potência de 710 V.A., que não pode ultrapassar a 90% do valor da potência do estabilizador. ( Um estabilizador de 800 V.A. permite até 720 V.A.) 14 Abaixo apresentamos a potência consumida, aproximadamente, por cada dispositivo de um PC e alguns aparelhos domésticos: Dispositivo ou aparelho Potência(W) Placa de CPU 21 winchester 8 teclado 3 Scanner manual 5 mouse 2 impressora 20 Computador todo 500 geladeira 200 microondas 1300 secadora 2500 Forno elétrico 1200 Máquina lavar roupa 1800

15 15 NO BREAK U.P.S.(UNINTERRUPTED POWER SYSTEM) O NO BREAK é um estabilizador acoplado a uma bateria. Dependendo do tipo, a bateria pode funcionar continuamente ou pode entrar em ação apenas quando existe uma interrupção no fornecimento de energia elétrica. Fornecem energia em um período de 2 a 120 minutos, ou até algumas horas. FILTROS DE LINHA Bloqueiam e desviam para o TERRA, os transientes de voltagem que chegam através NEUTRO E DO FASE. Cuidado! Alguns filtros são simplesmente uma extensão. Exercícios: 1- Qual é a corrente elétrica no filamento de uma lâmpada de 100W, ligado em uma voltagem de 120 V? 2- Um estabilizador puxa 5 A de uma rede de 110 V. a) Calcule a potência de entrada (550W) b) O custo da operação por 8 horas, considerando que o kwh custa R$0,29? (1,28) 3- Um motor elétrico "puxa" uma corrente de 8 A de uma linha de 220V. Determine a potência e a energia em J e em kwh fornecidas ao motor em 2 horas. Qual o custo desta operação? (1,02) Exercícios para entregar Dado : carga elétrica elementar = 1, C 1- Sabendo que 1, elétrons passam pela secção transversal de um condutor em 10 segundos, qual a corrente elétrica média nesse condutor? 2- A corrente num feixe de elétrons de um terminal de vídeo é de 200 µa.quantos elétrons golpeiam a tela a cada segundo? 3- Uma pessoa pode ser eletrocutada se uma corrente tão pequena quanto 50 ma passar perto de seu coração. Um eletricista que trabalha com as mãos suadas faz um bom contato com os dois condutores que está segurando. Se a sua resistência for igual a 2000Ω, de quanto será a voltagem fatal?

16 4- Um fio de comprimento 4,0 m e diâmetro 6,0 mm tem uma resistência de 15 mω. Seu uma diferença de potencial de 23 V é aplicada entre as suas extremidades, qual é a corrente no condutor e qual a resistividade do material do fio? 5- Um resistor de 120 Ω é submetido a qual ddp, se percorrido por uma corrente de 3 ma? 6- A corrente elétrica e a ddp de um resistor têm os valores abaixo tabelados: U (volts) I(mA) a) Faça um esboço do gráfico da ddp U em função da corrente i b) Calcule o valor da resistência R do resistor 7- Qual é a corrente elétrica no filamento de uma lâmpada de 100 W,ligado em 120V? 8- Um raio artificial é produzido por uma faísca entre uma ddp de 10 MV, e absorve uma energia de 0,125 MW.s. Quantos coulombs de carga fluíram com a faísca? 9- Um estabilizador de 1,5 kva poderá ser usado, com segurança, para ligar dois computadores que consomem 450 VA cada, uma impressora laser que consome 1200 V.A.e um monitor que consome 200 V.A.? Considere o rendimento 0,9 10- Se num estabilizador indicar a utilização de um fusível de 10 A e o mesmo queimar, você pode trocá-lo por um de 20 A? Porquê? Gabarito: 1-1,6 A 2-1, elétrons 3-100V 4-1, A, ρ =1, Ω.m 5-0,36V Ω 7-8, A 8-1, C 9- Não, pois excede a potência fornecida 10-Não, pois passará mais corrente, podendo prejudicar (queimar) algum componente. Testes: 1-No Brasil caem, anualmente cerca de 100 milhões de raios. Este fato dá uma média de 3 raios por segundo colocando em risco seu computador e alguns equipamentos elétrico-eletrônicos. Um raio, que transfere uma carga de 0,2 C, por 16

17 Física e Eletricidade ProfªAna Scardinoexemplo, num intervalo de tempo de 10 µs, faz fluir uma corrente de quantos ampères? a) 2, b) 2,0 c) d) 10 e) 5 2- Ao realizar um overclock em um micro pode-se alterar a tensão do processador em cerca de 0,05 V para mais, acarretando um aumento da temperatura que pode danificar o processador. Considere um fio de cobre no interior do processador, que em condições normais de temperatura tenha resistividade igual a 1, Ω.m, e que para esse aumento de tensão a sua resistividade ficará aumentada em 2%. Se o fio tiver 1 mm de comprimento, com área de secção transversal de 8 cm 2, a sua resistência elétrica, em ohms, devido ao aumento de temperatura será de: a) 2, b) 2, c) 2, d) 2, e) 2, Com a descoberta do microscópio de efeito túnel foi possível enxergar e manipular os átomos. A criação de um disco rígido com os mesmos princípios gerou o projeto Millipede, que é uma versão nanotecnológica do antigo cartão perfurado, na qual utiliza milhares de nanopontas afiadas para efetuar perfurações em um fino filme plástico para se armazenar dados, diferente dos discos rígidos magnéticos dos CD s ópticos e dos chips de memória baseados em transistores. Para o sistema detectar quando a ponta caiu em uma depressão, cada haste tem na base um sensor piezoresistivo que converte a tensão mecânica em alteração na resistência. Se um dispositivo tiver sua resistência alterada de 1200Ω para 1400Ω quando sujeito à mesma tensão de 2,8V, pode-se dizer que a corrente passou de : a) 2,33 para 2 A b) 2,33mA para 2,00 ma c) 2,33 ma para 2 A d) 3,36mA para 3,92 ma e) 3, A para 3, A 17

18 1- *Um certo celular, em tempo de conversação máxima, consome 225 ma de uma bateria cuja carga é dada como 900mAh. O tempo de utilização desse celular, em horas, foi de: a) 1 b) 2 c) 3 d) 4 e) *O padrão de exposição para telefones celulares portáteis emprega uma unidade de medida chamada SAR(specific absorption rate). O limite SAR estabelecido pelos padrões internacionais é de 2,0 W/kg, com o telefone funcionando no mais alto nível de potência, quando posicionado à uma distância aproximada de 2,5 cm do corpo. Um celular de 90 g, no momento de utilização da potência necessária para acessar a rede consome uma corrente de 15 ma, com uma bateria de 4,8 V. Pode-se afirmar sobre esse celular: a) Está fora dos padrões, pois terá uma SAR maior do que os padrões estabelecidos b) Pode ser utilizado com boa margem de segurança, pois sua potência será de 7, W, abaixo da potência de W exigida pelos padrões internacionais para esse celular, que tem massa de 90 g. c) Pode ser utilizado com precauções, pois sua potência será de 18 W, bem próxima ao permitido que é 22 W. d) Não pode ser utilizado pois sua potência excede em muito o especificado para esse aparelho e) Pode ser utilizado, pois terá uma SAR de 1,6 W/kg, ainda abaixo dos 2,0 W/kg exigido. 3*- Durante uma intensa chuva de verão em São Paulo, raios cortaram o céu e um deles caiu em minha casa, queimando a placa modem. Durante a descarga, que durou 20 µs, instrumentos registraram a passagem de uma corrente de A. O número de elétrons transferidos durante o raio foi de: a) 1, b) 1, c) 8, d) 4, e) 3, Para armazenar informações, a nanotecnologia pode encolher a níveis absurdos o tamanho do suporte para gravá-las. Existem projetos, como o Millipede que é 18

19 Física e Eletricidade ProfªAna Scardinouma versão nanotecnológica do antigo cartão perfurado, na qual utiliza milhares de nanopontas afiadas para efetuar perfurações em um fino filme plástico para se armazenar dados, diferente dos discos rígidos magnéticos dos CD s ópticos e dos chips de memória baseados em transistores. Para o sistema detectar quando a ponta caiu em uma depressão, cada haste tem na base um sensor piezoresistivo que converte a tensão mecânica em alteração na resistência. Quanto aos efeitos decorrentes dessa operação, pode-se dizer que: a) Em circuitos que são submetidos à mesma corrente, aquele que contém um dispositivo com maior resistência elétrica dissipará uma potência menor. b) Em circuitos que são submetidos à mesma tensão, aquele que contém um dispositivo com maior resistência elétrica dissipará uma potência menor. c) Em circuitos que são submetidos à mesma tensão, aquele que contém um dispositivo com maior resistência elétrica dissipará uma potência maior. d) Em circuitos que são submetidos à mesma tensão, aquele que contém um dispositivo com maior resistência elétrica dissipará a mesma potência que o de menor resistência. e) Em circuitos que são submetidos à mesma corrente, aquele que contém um dispositivo com maior resistência elétrica dissipará a mesma potência que o de menor resistência 5- Preciso ligar em segurança um computador, uma impressora e um monitor que consomem, respectivamente 400W, 40 W e 200W. Qual estabilizador devo adquirir, sabendo que a medida em V.A = medida em watts / 0,45 a) 1,5 kva b) 1 kva c) 1,1kVA d) 500W e) 0,6kW CIRCUITOS ELÉTRICOS RESISTIVOS 19 Associação de resistores a) em série:

20 Seja o circuito da figura abaixo que pode ser obtido associando-se 3 lâmpadas em série, ligadas uma bateria Esquema do circuito montado: 20 Se desligarmos uma das lâmpadas, o que ocorre? As demais se apagam. Ao desligarmos uma lâmpada, estaremos interrompendo o circuito. Na associação série a corrente estabelecida nos resistores é a mesma. Pode-se observar que a intensidade das lâmpadas é pequena, pois a tensão fornecida para cada lâmpada é uma parte da tensão total. Se as três lâmpadas forem iguais, cada uma estará sujeita a 1/3 da tensão da fonte. A soma das tensões em cada lâmpada será igual à tensão total. Pode-se substituir os resistores por um único equivalente, R= U/i U 1 = R 1. i, U 2 = R 2.i e U 3 = R 3. I e U = U 1 + U 2 + U 3 R.i = = i ( R 1 + R 2 + R 3 ) Dividindo por i tem-se: Exemplo. Calcular a corrente e a tensão em cada lâmpada: 2Ω 2 Ω 2Ω R = R 1 + R 2 + R 3 + _ 6V b) Associação em paralelo Seja o circuito obtido associando-se 3 lâmpadas em paralelo

21 Se desligarmos uma lâmpada, o que ocorre? As demais não se apagam Neste tipo de ligação a corrente elétrica se divide, circulando por vários caminhos, e todos os resistores estão submetidos ao mesmo valor de tensão. A corrente que sai ou entra é igual à soma das correntes em cada trecho. i = i 1 + i 2 + i 3 U/R = U/R 1 + U/R 2 + U/R 3 1/R = 1/R 1 + 1/R 2 + 1/R 3 2ª Lista de Exercícios 1- Qual resistência deve ser colocada em paralelo com outra de 12 Ω, para se obter uma resistência equivalente de 4Ω? 2- Como mostra a figura, uma bateria (resistência interna de 1 Ω) é ligada em série com dois resistores. Calcule: a) a corrente no circuito b) a ddp em cada resistor 18V R 1 R 2 12Ω 5Ω 3- Para cada circuito das figuras abaixo, determine a corrente total

22 22 a) R1 5Ω 3,0V R2 = 2Ω R3 =3Ω R4 =0,4 Ω b) R1= 2Ω R2= 7Ω 20V R5=6Ω R3=1Ω 0,3 Ω R6=8Ω R4=10Ω 4- Para a situação abaixo, calcule a corrente em cada resistor e a corrente total: 2Ω 5Ω 8Ω Gabarito: 1-6Ω 2- i= 1 A U 1 = 5V,U 2 =12 V e U 3 = 1V 3- a) 0,45 A b) 1,35 A 40V 4- i total = 33 A, i 1 = 20 A, i 2 = 8 A, i 3 = 5 A

23 23 3ª Lista exercícios 1- Por quanto tempo, em horas, um notebook funcionará se, em operação normal, exigir 210 ma de uma bateria de 12 V(carga igual a 2,0 A.h) para rodar um programa? 2- Se um estabilizador "puxa" uma corrente de 4 A de uma rede de 110 V, qual é a potência de entrada e o custo da operação por 8 horas, considerando que o kwh custa R$ 0,30? 3- Qual a resistência elétrica, em Ω, de um fio de cobre, homogêneo, de diâmetro 8 mm e comprimento 3,0 m, cuja resistividade é 1, Ω.m 4- No circuito abaixo considere R1 = 50Ω, R2 = 100Ω, R3 =150Ω. R1 + R2 R3 9 V Calcule: Resistência equivalente total: Req b) A corrente em R1 I R1 = c) A tensão em R1 V R1 = d) A corrente em R2 I R2 = e) A tensão em R3 U R3 = 5-Determine a corrente e a tensão em cada resistor

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