Carga elétrica, condutores e isolantes, unidades de medida, v, i, potência e energia

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1 Carga elétrica, condutores e isolantes, unidades de medida, v, i, potência e energia 1) Uma minúscula esfera de metal que contém 1,075.10²² átomos está com uma falta de elétrons de 3, elétrons. Calcule a carga armazenada nesta esfera e indique também o sinal desta carga. 2) Assinale as alternativas corretas. a) ( ) Os isolantes elétricos são usados para bloquear passagem da corrente elétrica; b) ( ) São materiais isolantes: o PVC, o polietileno, a borracha, o polietileno reticulado (XLPE); c) ( ) Um mau condutor não pode ser utilizado como isolante; d) ( ) Os íons de uma solução gasosa ou líquida podem conduzir eletricidade; e) ( ) A corrente elétrica não pode percorrer o ar pois este é mau condutor; f) ( ) Os prótons, de carga elétrica positiva são responsáveis pela condução da corrente nos metais. 3) Uma carga elétrica de 8 C percorre de forma constante um resistor em 2 s e produz um trabalho (calor) de 24 J. Determine a corrente a tensão aplicada a esse resistor, assim como o valor da potência. 4) Qual a intensidade da corrente em um condutor que tem resistência de 1 k se a tensão aplicada for de: a) 20 V b) 1000 V c) 50 kv 5) Qual é a potência necessária para fazer girar um motor elétrico cuja tensão é 220 V e a corrente drenada 20 A? 6) Qual é a energia (em kwh) consumida por um circuito de 127 V que alimentou uma carga de resistência de 32 Ω durante 5 horas? 7) Uma resistência para aquecimento foi construída com um fio de Manganina (liga utilizada na fabricação de resistências elétricas, composta de 86% Cu, 12% Mn e 2% Ni) de 0,3 mm 2 de área da secção reta e comprimento de 5 m. Essa resistência está à 15 m de distância da rede elétrica Calcular: de 220 V. Para conexão foi usado um fio de cobre de 2 mm 2 de área da secção reta. Cu = Ω.mm; Mang = Ω.mm. Considerar os materiais utilizados imunes ao efeito da temperatura. a) Valor da resistência de manganina; b) Valor da resistência do fio de cobre; c) Corrente através do circuito; d) Queda de tensão produzida pelo fio de cobre; e) Potência perdida no fio de cobre; f) Potência nominal da resistência de manganina (se fossem aplicados 220 V); g) Potência real dissipada na resistência de manganina; h) Eficiência do sistema em alimentar a resistência de aquecimento de Manganina.

2 Leis de Kirchhoff, associação de resistores, corrente contínua e corrente alternada (Vef, fasores) 8) Calcule a resistência equivalente entre os pontos A e B: a) b) c) R1: 65 Ω; R2: 15 Ω; R3: 15 Ω; R4: 25 Ω; R5: 25 Ω; R6: 40 Ω 9) Na figura estão representadas cinco lâmpadas iguais (1, 2, 3, 4 e 5). Os terminais X e Y do circuito elétrico estão submetidos a uma diferença de potencial elétrico constante. Qual dessas lâmpadas pode ser retirada do circuito sem alterar a luminosidade das outras lâmpadas? (Fonte: homepage do Prof. Nicolau Gilberto Ferraro. 10) Calcule o valor da variável desconhecida para os seguintes casos:

3 11) Qual é o valor eficaz de uma tensão V(t) = 180 sen(377t + 45 )? 12) Para o circuito a seguir, calcule as correntes fasoriais solicitadas. Circuitos monofásicos e trifásicos (indutância, capacitância, potência em CA, sistemas trifásicos, VFF, VFN) 13) Calcular a impedância total e a corrente no circuito a seguir. 14) Uma corrente CA, de 120 Hz e 20 ma, está presente em um indutor de 10 H. Qual a reatância do indutor e a queda de tensão através do indutor. Quais os valores eficaz e máximo da tensão desenvolvida no indutor? 15) Um motor de indução funcionando com um fator de potência de 0,8 consome 1056 W de uma linha de alimentação CA de 110 V. Qual a corrente? 16) Um motor consome 2 kw e 10 A de uma linha de 220 V e 60 Hz. Calcule a potência aparente. 17) Uma capacitância de 3,53 F e uma resistência de 40 Ω estão ligadas em serie através de uma fonte CA de 110V e 1,5 khz. Calcule Xc, Z,, I, V R, V C, P. Desenhe o diagrama fasorial do

4 circuito. 18) Um elemento submetido a uma tensão senoidal v(t) = sen(377t + 15 ) V, absorve da rede uma corrente senoidal i(t) = 10 2 sen(377t + 45 ) A. Determine: a) A impedância complexa da carga; b) As potências ativa, reativa e aparente; c) O diagrama de potências. 19) Considerando o sistema dado a seguir, pede-se: a) Tensão de fase e de linha da carga e da fonte b) Corrente de fase e de linha da carga e da fonte 20) A figura abaixo apresenta uma carga trifásica equilibrada ligada em Δ. Cada uma das impedâncias tem valor Z = 5 45 Ω. O valor da tensão de linha do gerador é de 220 V. Calcular: a) As correntes das fases I AB, I BC e I CA; b) As correntes de linha I A, I B e I C. A referência é E BC = o, com E AB = o e E CA = o. 21) Um gerador de energia trifásico em estrela equilibrado opera com tensões de 120 V em cada um dos seus enrolamentos. Estes apresentam uma impedância interna de 0,2+j0,5 Ω. Este gerador alimenta uma carga trifásica em estrela com impedância de 39+j28 Ω/fase. A impedância de cada um dos condutores de linha é 0,8+j1,5 Ω. A tensão na fase A do gerador é usada como fasor de referência. a) Construir o circuito equivalente monofásico do sistema trifásico. b) Calcular as três correntes de linha (I A, I B, I C). c) Determinar as tensões simples (V AN, ) e compostas (V AB, ) nos terminais da carga.

5 Respostas 1) 0,5 C positiva 2) a) (x); b) (x); c) ( ); d) (x); e) ( ); f) ( ). 3) 1 A = 1 C/s => Corrente = 4 A; 1 V = 1 J/C => Tensão = 3 V; P = E/t => 12 W. 4) a) I = 20 V/1 k = 0,02 A = 20 ma; b) I = 1000 V/ 1 k = 1 A; c) I = 50 kv/1 k = V/ = 50 A 5) 4,4 kw 6) 2,52 kwh 7) a) 8 Ω b) 0,255 Ω c) 26,65 A d) 6,8 V e) 181,1 W f) 6,05 kw g) 5,68 kw h) 97% 8) a) 90 Ω b) R c) 30,45 Ω 9) Lâmpada 3. 10) 1º circuito: i = 7,5 A 2 circuito: i = 10 A; 3º circuito: v1 = 6 V; v2 = 14 V; v3 = 4 V 4 circuito: i1 = 20 A; i2 = 5 A; i3 = 15 A 5 circuito: i1 = 5,512 A; p1 = 299,8 W; p2 = 400,2 W 6 circuito: v1 = 220 V 11) Vef = 127,3 V 12) 13) 14) 7,536 Ω; 150,7 V; 150,7V; 213,1V 15) I = 12 A 16) S= 916 VA 17) Xc = 30Ω Z = 50 Ω, = 36,9 I = 2,2 A V R = 88 V V C = 66 V P = 193,6 W 18) V = I = Impedância: (9,53 + j5,5) Ω FP: 0,87 19) 20) 21) b) I A = 2,4-36,87 A I B = 2,4-156,87 I C = 2,4-83,13 c) Tensões de fases na carga: V AN = 115,23-1,19 V V BN = 115,23-121,19 V

6 V CN = 115,23-118,81 V Tensões de linha (compostas): V AB = 119,58 28,81 V V BN = 119,58-91,19 V V CN = 119,58 148,81 V.