Física. Setor A. Índice-controle de Estudo. Prof.: Aula 25 (pág. 86) AD TM TC. Aula 26 (pág. 86) AD TM TC. Aula 27 (pág.

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1 Físca Setor Prof.: Índce-controle de studo ula 25 (pág. 86) D TM TC ula 26 (pág. 86) D TM TC ula 27 (pág. 87) D TM TC ula 28 (pág. 87) D TM TC ula 29 (pág. 90) D TM TC ula 30 (pág. 90) D TM TC ula 31 (pág. 90) D TM TC ula 32 (pág. 94) D TM TC ula 33 (pág. 94) D TM TC ula 34 (pág. 94) D TM TC ula 35 (pág. 94) D TM TC ula 36 (pág. 94) D TM TC Benal Caderno 7 Códgo:

2 ulas 25 e 26 O conceto de corrente elétrca Dferença de potencal (ddp) Intensdade méda de corrente elétrca ( m ): Δq m =, Δt Δq = n e (para corrente eletrônca), e Δt é o ntervalo de tempo no qual n elétrons atravessam uma seção transversal do condutor. Potênca elétrca: P elet =, é a ddp, e é a ntensdade de corrente elétrca. 1. a) Calcule a ntensdade da corrente elétrca num fo condutor, sabendo-se que, em 5s, uma carga de 60C atravessa uma seção reta desse fo, sendo a carga elementar 1, C. b) Determne a quantdade de elétrons que atravessa uma seção reta do fo no ntervalo de tempo consderado. Δq 60 a) = = = 12 Δt 5 b) Δq = ne 60 = n 1, n = 3, elétrons Determne, em coulombs, a ntensdade da carga elétrca que atravessou uma seção reta do condutor nesse ntervalo de tempo. Tomemos o trecho do gráfco correspondente ao ntervalo de tempo de 0 a 5s. área hachurada é: = Δt Como Δt = ΔQ, vem: _ N ΔQ Portanto a área corresponde à ntensdade da carga elétrca que atravessa a seção reta do fo no ntervalo de tempo consderado. Pode-se demonstrar que essa propredade também é válda no caso de corrente varável; portanto, a quantdade de carga total poderá ser calculada pela área do trapézo representado na fgura a segur. (m) 50 (m) 50 0 Δt 5 t (s) 2. O gráfco dá nformações sobre a ntensdade da corrente elétrca que percorre um fo metálco durante o ntervalo de tempo correspondente a t 0 = 0 e t = 10s. (m) 50 0 _ [(5 10) N ΔQ ΔQ = 3 ] 2 ΔQ = 0,375 C 5 10 t (s) t (s) ensno médo 2ª- sére benal 86 sstema anglo de ensno

3 3. ma carga de 8C desloca-se de um ponto para um ponto B de um campo elétrco. dferença de potencal entre os pontos e B é de 70V. Determne o trabalho realzado pelas forças elétrcas entre os dos pontos consderados. τ = q(v V B ) τ = 8 70 = 560 J 4. ntre dos pontos de um condutor, deslocam-se elétrons em 2 segundos, sendo consumda uma potênca de 400W. Sendo a carga elementar de 1, C, calcule a ddp entre os dos pontos. Δq (n e) P = = P = Δt Δt 400 = ( , ) 2 Logo: = 250 V Consulte Lvro 2 Capítulo 34 Caderno de xercícos 2 Capítulo 34 Tarefa Mínma L Lea os tens de 1 a Faça os exercícos de 1 a 5. L Lea o tem Faça os exercícos 11 e 12. Tarefa Complementar L 25 Faça os exercícos de 6 a 10, 27, 33 e 34. L 26 Faça os exercícos 13, 38, 39 e 41. ulas 27 e 28 Resstênca elétrca Resstênca elétrca: R = Prmera Le de Ohm: = R feto Joule: Transformação de energa elétrca em energa térmca nos resstores. Segunda Le de Ohm: R = ρ l S ρ é a resstvdade, l é o comprmento do fo, e S é a área da seção transversal do fo. ensno médo 2ª- sére benal 87 sstema anglo de ensno

4 potênca dsspada pelo resstor pode ser calculada da segunte manera: 1. O gráfco a segur mostra como vara a dferença de potencal () em um condutor mantdo a uma temperatura constante em função da corrente elétrca que passa por esse condutor. Tensão elétrca P = = 2 P = 100 W R 100 Portanto, a quantdade de energa (Δ) que fo transformada em calor vale, em joules: Δ = P Δt = = J Como 1cal = 4,2 J, vem: Δ = cal tlzando a equação fundamental da calormetra, Q = mcδt, vem: = (θ 5) θ = 15 C Corrente elétrca Com base nas nformações contdas no gráfco, é correto afrmar que: a) a corrente elétrca no condutor é dretamente proporconal à dferença de potencal. b) a resstênca do condutor aumenta, quando a corrente elétrca aumenta. c) a resstênca do condutor é a mesma, qualquer que seja a dferença de potencal. d) dobrando-se a corrente elétrca através do condutor, a potênca elétrca consumda quadruplca. e) a corrente elétrca no condutor é nversamente proporconal à dferença de potencal. análse do gráfco leva à conclusão de que a dferença de potencal não é dreta nem nversamente proporconal à corrente elétrca, o que elmna as alternatvas a, c, d, e. O que podemos afrmar é que a resstênca aumenta, quando a corrente elétrca aumenta. Portanto a alternatva correta é b. 2. ma massa de 100g de água, cujo calor específco é 1 cal/g C a 5 C, é aquecda por meo de um resstor de 100Ω lgado a uma fonte, cuja dferença de potencal é 100V, durante 42s. Supondo que todo calor fornecdo pelo resstor seja absorvdo pela água e que 1 cal = 4,2J, determne a temperatura fnal dessa massa de água. 3. ma banhera contendo 100kg de água teve sua temperatura elevada de 20 C para 35 C. tlzou-se para sso um resstor cuja potênca é 3kW. Desprezando as perdas para o ambente e consderando o calor específco da água c = 4, J/kg C, calcule: a) o ntervalo de tempo gasto nesse aquecmento; b) o consumo mensal de energa elétrca, sabendo que esse aquecmento é realzado daramente, uma vez por da. a) quantdade de calor absorvdo pela água pode ser obtda pela expressão: ΔQ = m c Δθ= 100 4, (35 20) ΔQ = 6, J Δ Δ Como ΔQ = Δ e P =, vem: Δt = Δt P Δt = 6, = s b) Como o aparelho funcona 2100s por da, em um mês, ele funcona = 63000s ou = 17,5h ntão, a energa consumda em um mês = P Δt = 3 17,5 = 52,5 kwh ensno médo 2ª- sére benal 88 sstema anglo de ensno

5 4. resstvdade do cobre é 1, Ωm e a do níquel-cromo é 1, Ωm. Tem-se um fo de cobre de 1mm de dâmetro e resstênca elétrca R = 1,0 Ω. a) Qual é o comprmento desse fo? b) Calcule o dâmetro de um fo de níquel-cromo para que se tenha a mesma resstênca com o mesmo comprmento do fo de cobre. a) área de seção transversal do fo é: S = π r 2, onde r = Portanto: S = 3,14 (5, ) 2 Logo: S = 7, m 2 Como R = ρ l S, vem: 1, , l 1 = l = 46 m (7, ) 2 = 5, m Consulte Lvro 2 Capítulo 34 Caderno de xercícos 2 Capítulo 34 Tarefa Mínma L Lea os tens de 7 a Faça os exercícos 17, 18, 42 e 43. L Lea os tens 12 e Faça os exercícos 19 e 22. Tarefa Complementar L 27 Faça os exercícos 14, 15, 16 e 21. L 28 Faça os exercícos de 59 a 62. b) Como R = ρ l, vem: S 1 = 1, S = m 2 S Portanto: π r 2 = Logo: r = 4,7 mm d = 9,4 mm ensno médo 2ª- sére benal 89 sstema anglo de ensno

6 ulas 29 a 31 ssocação de resstores m sére: = (dferença de potencal) R S = R 1 R 2 R 3... (R S : resstênca elétrca do resstor equvalente) 0 V 110 V B R 1 x R 2 y R 3 z R 4 R S ensno médo 2ª- sére benal 90 sstema anglo de ensno

7 m paralelo: = 1 = 2 = 3 =... (dferença de potencal) = (R p : resstênca elétrca do resstor equvalente) R p R 1 R 2 R 3 Neutro (0 V) Fase (110 V) R 1 1 R 2 2 R 3 3 R p 1. Consderemos a assocação de resstores em sére da fgura, com uma ddp 1 = 12V aplcada ao resstor R 1. 1 R 1 = 2 Ω Calcule: a) a ntensdade da corrente elétrca no resstor R 1 ; b) a ntensdade da corrente elétrca no resstor R 2 ; 2 R 2 = 4 Ω c) a dferença de potencal no resstor R 2 ; d) a resstênca elétrca do resstor equvalente; e) a ddp () da assocação. a) plcando a Prmera Le de Ohm ao resstor R 1, vem: 1 = R = = 6 b) Como a assocação é em sére, a corrente 2, em R 2, é gual à corrente 1 e é a corrente da assocação. = 1 = 2 = 6 c) ddp no resstor R 2 pode ser determnada pela Prmera Le de Ohm: 2 = R 2 2 = 4 6 = 24 V d) O resstor equvalente tem resstênca elétrca: R S = R 1 R 2 = 2 4 R S = 6 Ω e) ddp () da assocação é, portanto: = R S = 6 6 = 36 V Observação Para efeto de verfcação, temos: 1 2 = = 36 V = 1 2 ensno médo 2ª- sére benal 91 sstema anglo de ensno

8 2. ma lâmpada com dados nomnas (6V; 0,9W) deve ser lgada a uma batera de ddp 24V. Para que a lâmpada não se queme, um resstor de resstênca R fo lgado em sére com a lâmpada. Determne o valor de R. 3. Na fgura a segur, a corrente elétrca no resstor de resstênca R 1 = 4 Ω vale 1 = 3. R 1 = 4 Ω 1 = 3 L R (6 V; 0,9 W) R L R 2 = 2 Ω 2 24 V Determnação da ddp do resstor: Como a ddp da assocação é 24 V, e a da lâmpada é 6 V, e sendo a assocação em sére, vem: = L R 24 = 6 R R = 18 V Sendo a assocação em sére, o resstor tem corrente elétrca gual à da lâmpada. ssa corrente pode ser calculada por: P = L L 0,9 = 6 L L = 0,15 Fnalmente, a resstênca do resstor pode ser determnada: R = R R = 18 = 120 Ω 0,15 Determne: a) a ddp no resstor R1; b) a ddp no resstor R2; c) a corrente no resstor R2; d) a corrente da assocação; e) a resstênca equvalente. a) ddp no resstor R 1 pode ser determnada pela Prmera Le de Ohm: 1 = R 1 1 = 4 3 = 12 V b) ddp no resstor R 2 é a mesma que a do resstor R 1, pos a assocação é em paralelo. c) aplcação da Prmera Le de Ohm ao resstor R 2 permte a determnação da corrente que ele contém: 2 = R = = 6 d) corrente da assocação é: = 1 2 = 3 6 = 9 e) resstênca equvalente é: 1 = 1 1 R p = (R 1 R 2 ) R p R 1 R 2 (R 1 R 2 ) (4 2) R p = = 1,3 Ω (4 2) ensno médo 2ª- sére benal 92 sstema anglo de ensno

9 4. Dada a assocação de resstores representada a segur, determne a resstênca equvalente entre os pontos e B. 3 Ω 4 Ω 4 Ω 4 Ω 12 Ω B R 4 Os dos resstores de 4 Ω, em paralelo, podem ser substtuídos por um equvalente de 2 Ω =. n 2 4 Ω 2 Ω 3 Ω B 12 Ω No novo esquema, observa-se que os resstores de 2 Ω e 4 Ω estão assocados em sére, podendo ser substtuídos por um equvalente de 6 Ω. 6 Ω 3 Ω B 12 Ω R Os resstores de 6 Ω e 12 Ω estão assocados em paralelo, R p = 1 R 2 R p = (R 1 R 2 ) R p = 4 Ω, e pode ser substtuído por um equvalente de 4 Ω (6 12) 3 Ω 4 Ω B Como os resstores de 3 Ω e 4 Ω estão assocados em sére, temos que a resstênca equvalente de toda a assocação vale: R S = 3 4 = 7 Ω. 7 Ω B ensno médo 2ª- sére benal 93 sstema anglo de ensno

10 Consulte Lvro 2 Capítulo 34 Caderno de xercícos 2 Capítulo 34 Tarefa Mínma L Lea os tens 14, 15 e Faça o exercíco 80. L 30 Faça os exercícos 78, 79 e 81. L Lea o tem Faça os exercícos 87, 88 e 89. Tarefa Complementar L 29 Faça o exercíco 82. L 30 Faça os exercícos de 83 a 86. L 31 Faça os exercícos de 90 a 93. ulas 32 a 36 Geradores e receptores Geradores: São elementos necessáros para crar, no nteror de um condutor, um campo elétrco que possblte o aparecmento de uma corrente elétrca. Felet F ñelet Gerador Força eletromotrz (): Corresponde ao quocente entre a energa não elétrca e a carga elétrca: = energa não elétrca Δq Quando dzemos que uma plha elétrca tem força eletromotrz (f.e.m.) gual a 1,5V sgnfca que, a cada 1C de carga transportada entre os termnas da plha, a energa químca transformada em energa elétrca é de 1,5J. 1,5 V = 1,5 J C Plha de 1,5 V ensno médo 2ª- sére benal 94 sstema anglo de ensno

11 quação do gerador: = r r Plha de 1,5 V Realdade Representação Gráfco 0 r Crcuto smples Le de Poullet: = (r R) r R B B ensno médo 2ª- sére benal 95 sstema anglo de ensno

12 Rendmento de um gerador: η = (η% = η 100) nerga elétrca nerga não elétrca Gerador nerga dsspada Receptores: São bpolos responsáves pela conversão de energa elétrca em outra energa, não térmca e passível de aprovetamento. Motor elétrco Batera Força contraeletromotrz ( ): Corresponde ao quocente entre a energa não elétrca e a carga elétrca. = energa não elétrca Quando dzemos que um motor elétrco tem força contraeletromotrz (f.c.e.m.) gual a 32V sgnfca que, a cada 1C de carga transportada entre seus termnas, 32J de energa mecânca são obtdos no exo do motor. Motor elétrco de f.c.e.m. ensno médo 2ª- sére benal 96 sstema anglo de ensno

13 32V; 32V = 32 quação do receptor: = r J C nerga não elétrca útl ' nerga elétrca Receptor nerga dsspada r ' Crcuto de malha únca R 3 R 2 R 1 5 R 6 R 5 R 4 4 R 7 R 8 Le de Ohm generalzada: = [(Σ) (Σ )] (ΣR) 1. ssnale verdadero (V) ou falso (F), em cada uma das afrmações a segur. a) ( V) Geradores são dspostvos que transformam energa não elétrca em energa de natureza elétrca. b) (V) Turbnas hdráulcas e turbnas a vapor são exemplos de geradores mecâncos. c) ( V) Plhas e bateras são geradores químcos. d) (V) Como exemplos de gerador térmco temos os termômetros termoelétrcos e os geradores lumnosos, as células fotoelétrcas. 2. m cada afrmação a segur assnale verdadero (V) ou falso (F). força eletromotrz de uma batera a) (F) depende da resstênca elétrca nterna da batera. b) (F) só depende do crcuto elétrco ao qual é lgada a batera. c) (V) não depende da ntensdade da corrente elétrca fornecda. d) (V) é o quocente entre a energa não elétrca e a carga elétrca transportada. 3. força eletromotrz de um acumulador de automóvel é de 12V. Isso sgnfca que: a) a energa químca que se transforma em energa elétrca é de 12 joules para 1 coulomb de quantdade de carga que atravessa a batera. b) para 1 coulomb de quantdade de carga que atravessa a batera é necessára uma força de 12 newtons. c) a resstênca elétrca nterna da batera é de 12 ohms. d) a potênca elétrca entregue pela batera a qualquer crcuto externo é sempre de 12 watts. e) a corrente elétrca fornecda pela batera é sempre de 12 ampères. nterpretação físca que se deve dar quando se dz que a força eletromotrz de uma batera é de 12 V é que ela corresponde à energa químca de 12 joules, que se transforma em energa elétrca para uma quantdade de carga de 1 C que atravessa a batera. Portanto, a alternatva correta é a. ensno médo 2ª- sére benal 97 sstema anglo de ensno

14 4. xplque a dferença entre a força eletromotrz de uma batera de automóvel e a dferença de potencal entre seus termnas. força eletromotrz de uma batera, quando ela está noperante, corresponde à dferença de potencal entre os seus termnas. ntretanto, quando se dá partda ao automóvel, a dferença de potencal entre os termnas da batera dmnu. Isso sgnfca que uma corrente elétrca está crculando entre a batera e o motor de arranque do carro. Nesse caso, há uma dsspação na resstênca elétrca nterna da batera, fato que faz a ddp entre os termnas da batera fcar menor que a força eletromotrz. 5. ma batera de força eletromotrz 9V, quando colocada em curto-crcuto, é percorrda por uma corrente elétrca de ntensdade 4,5. dmta que a força eletromotrz e a resstênca nterna da batera são constantes. a) Qual é a resstênca nterna dessa batera? b) Construa o gráfco da curva característca dessa batera. Quando a ntensdade da corrente atnge um valor máxmo, a dferença de potencal nos termnas do gerador é nula. Qualquer plha, ou batera, tem um valor máxmo para a corrente elétrca que pode atravessá-la. sse valor é atngdo quando a dferença de potencal entre os termnas dessa batera é nula ( = 0), o que pode ser consegudo, na prátca, lgando-se esses termnas dretamente com um fo condutor. Nesse caso, essa corrente é chamada de corrente de curto-crcuto, cc. Da equação do gerador, podemos obter: cc = a) Como cc = 4,5, temos: 0 = 9 4,5 r Logo: r = 2 Ω b) Sendo e r constantes, a curva característca da batera é uma reta: (V) 9,0 r 6. m gerador de força eletromotrz gual a 10V, quando percorrdo por uma corrente elétrca de 2, apresenta uma ddp de 9,0V entre seus termnas. Determne: a) a resstênca nterna do gerador; b) a resstênca equvalente (R) do crcuto externo; c) as potêncas total, útl e dsspada, relatvas ao funconamento do crcuto. a) Como = r, vem: ( ) r = Logo, substtundo por valores numércos: (10 9) r = = 0,5 Ω 2 b) tlzando a Le de Poullet, temos: R = r 10 R = 0,5 = 4,5 Ω 2 c) Potênca total: P t = = 10 2 = 20 W Potênca útl: P u = = 9 2 = 18 W Potênca dsspada: P d = = 2 W 7. xplque a dferença entre um gerador deal e um gerador real. Dependendo do crcuto ao qual se lga um gerador, as perdas de energa assocadas à sua resstênca nterna podem ser consderadas desprezíves. Nesse caso, o gerador é consderado deal, e sua equação característca reduz-se a: =. Portanto, a dferença entre o gerador real e o deal está em se verfcar a relevânca ou não das perdas de energa assocadas à sua resstênca nterna. 0 4,5 () ensno médo 2ª- sére benal 98 sstema anglo de ensno

15 8. O gráfco a segur representa a dferença de potencal em função da corrente para um gerador: (V) () nalsando o gráfco, determne a força eletromotrz e a resstênca elétrca nterna do gerador. O ponto onde o gráfco corta o exo corresponde à força eletromotrz do gerador: = 6V Como = r, vem: ( ) r = Do gráfco, tem-se que, quando = 1, = 4 V. (6 4) r = 1 r = 2 Ω Substtundo por valores numércos: 12 = (0,1 1,9) = 6 a) tlzando a equação do gerador: = 12 0,1 6 Logo: = 11,4 V b) O rendmento da batera é, portanto: 11,4 η = 12 η = 0,95 ou η = 95% 10. Determne a ntensdade de corrente elétrca () no crcuto representado na fgura: 1 Ω 1 Ω 1 Ω 20 V 10 V 2 Ω 2 Ω 40 V Com a corrente elétrca no sentdo ndcado: 20 V 3 Ω 20 V 1 Ω 2 Ω 40 V 9. ma batera de 12V e resstênca elétrca nterna de 0,1 Ω almenta uma lâmpada de 1,9 Ω. Determne o rendmento da batera. r 1 Ω 2 Ω 1 Ω 10 V 20 V 3 Ω De acordo com a fgura, podemos escrever: para a batera: = r para a lâmpada: = R Portanto: r = R Logo: = (r R) R Podemos escrever: Σ = = 60 V Σ = = 30 V Σr = = 10 Ω Portanto, a ntensdade de corrente elétrca é: (60 30) = = 3 10 ensno médo 2ª- sére benal 99 sstema anglo de ensno

16 L 36 Faça os exercícos 7, 8 e 11, capítulo 36. Consulte Lvro 2 Capítulos 35 e 36 Caderno de xercícos 2 Capítulos 35 e 36 Tarefa Mínma L Lea os tens de 1 a 4, capítulo Faça os exercícos de 1 a 6, capítulo 35. L Lea o tem 5, capítulo Faça o exercíco 11, capítulo 35. L Lea os tens 1, 2 e 3, capítulo Faça os exercícos de 1 a 4, capítulo 36. L Lea os tens 4 e 5, capítulo Faça os exercícos 9 e 10, capítulo 36. Tarefa Complementar L 32 Faça os exercícos de 7 a 10, capítulo 35. L 33 Faça os exercícos 12, 13 e 14, capítulo 35. L 34 Faça os exercícos 5 e 6, capítulo 36. L 35 Faça os exercícos de 15 a 20, capítulo 35. L Faça os exercícos de 33 a 36, capítulo Faça os exercícos 12 e 13, capítulo 36. ensno médo 2ª- sére benal 100 sstema anglo de ensno