undade Capítulo 10 eceptor elétrco é um elemento de crcuto que consome energa elétrca e a transforma em outra forma de energa que não é totalmente energa térmca. 10.1 eceptor. Força contraeletromotrz Um receptor elétrco possu duas constantes característcas, ndependentemente do crcuto a que estver lgado: a força contraeletromotrz e a resstênca nterna. 10.2 Crcuto gerador-receptor e gerador-receptor-resstor Um crcuto smples, formado por um gerador e um receptor, obedece à le de Poullet. eceptores elétrcos O s motores de automóves elétrcos e de eletrodoméstcos como ventladores, lqudfcadores e furaderas são exemplos de receptores elétrcos. energa elétrca por eles consumda é transformada prncpalmente em energa mecânca (rotação dos exos), além de energa térmca.
Seção 10.1 eceptor. Força contraeletromotrz Objetvos Conhecer a defnção de receptor elétrco. Compreender o conceto de força contraeletromotrz. Conhecer os dversos tpos de receptores utlzados no da a da. Caracterzar potênca elétrca fornecda, potênca elétrca útl e potênca elétrca dsspada nternamente em um receptor elétrco. Exstem aparelhos capazes de receber a energa elétrca e transformá-la em outras formas de energa que não sejam exclusvamente a energa térmca. Esses aparelhos denomnam-se re cep tores e funconam quando estão lgados a um crcuto onde exste um ou mas geradores. Na fgura 1 temos dversos exemplos de receptores. Motores elétrcos, como o lqudfcador, a batedera e a furadera da fgura 1, transformam energa elétrca em energa mecânca. cu mu ladores, formados por placas de chumbo (fg. 1) dentro de um eletrólto (ácdo sulfúrco), trans formam energa elétrca em energa químca. Energa elétrca Concetuar rendmento elétrco de um receptor. Compreender a equação do receptor. nalsar a curva característca de um receptor. Compreender o sgnfcado de gerador reversível. Termos e concetos acumuladores carga e descarga da batera Energa químca Energa mecânca Solução aquosa de ácdo sulfúrco Energa elétrca Placas de chumbo eprodução probda. rt.184 do Códgo Penal e Le 9.610 de 19 de feverero de 1998. Undade Cargas elétrcas em movmento Fgura 1. () Motores elétrcos. () cumuladores. Pode-se conclur, então, que: eceptor elétrco é o aparelho que transforma energa elétrca em outra forma de energa que não seja exclusvamente a energa térmca. Como o receptor recebe energa elétrca de um crcuto, as cargas elétrcas que consttuem a corrente vão do potencal maor (polo postvo) para o potencal menor (polo negatvo). Todava, o receptor não poderá transformar toda a energa elétrca recebda em energa útl, não elétrca. Uma parte dessa energa dsspa-se na sua resstênca nterna (re), de manera análoga ao que ocorre dentro do gerador. 240
Para os receptores mas comuns em funconamento, verfca-se que: potênca elétrca útl do receptor é dretamente proporconal à ntensdade de cor ren te que o atravessa. Se Pot u é a potênca elétrca útl do receptor e, a ntensdade de corrente elétrca que o atravessa, temos: Pot u 5 Ee 3 em que Ee é a constante de proporconaldade, denomnada força contraeletromotrz (fcem) do receptor. Então: eprodução probda. rt.184 do Códgo Penal e Le 9.610 de 19 de feverero de 1998. Ee 5 Pot u Essa fórmula mostra que a fcem, do mesmo modo que a fem de um gerador, deve ser medda em volts (V) no Sstema Internaconal. Como, nos motores elétrcos em geral, a potênca mecânca é obtda pela rotação do exo, um fato mportante pode ocorrer. Se for mpedda a rotação de seu exo (exo bloqueado por um freo, fgura 2), não haverá transformação de ener ga elétrca em energa mecânca; daí Pot u 5 0 e, portanto, Ee 5 0. O motor comporta-se, então, como um resstor de resstênca re. Na prátca, se sso perdurar por muto tempo, o motor poderá ser danfcado por aque cmen to excessvo. Freo Enquanto é recarregada num autoelétrco, a batera funcona como um receptor. Fgura 2. o se bloquear o exo do motor elétrco, este se comporta como um resstor. Em resumo: Um receptor tem por função receber a corrente em seu potencal mas alto (polo postvo) e en tregá-la em seu potencal mas baxo (polo negatvo), retrando energa elétrca do crcuto. Em funco namento normal, o receptor apresenta duas constantes ca rac te rís t cas, nde pen dentemente do crcuto a que estver lgado: a fcem Ee (em volts) e a resstênca nterna re (em ohms). O receptor é ndcado da segunte forma: (Ee, re). Nos receptores, o sentdo da corrente é do potencal maor para o potencal menor, sto é, do polo postvo para o polo negatvo. representação dos receptores é feta do mesmo modo que a dos geradores, dferndo apenas quanto ao sentdo da corrente elétrca (fg. 3): Ee é a fcem e r e, a resstênca nterna. Nos termnas M e N do receptor, ao contráro do que acontece em um gerador, a ddp Ue é mantda por um aparelho externo. M E' U' r' N Fgura 3. epresentação esquemátca de um receptor em um crcuto elétrco. Capítulo 10 eceptores elétrcos 241
1 s potêncas e o rendmento elétrco de um receptor potênca elétrca fornecda ao receptor é: Pot f 5 Ue 3 Parte dela é convertda em outra for ma que não seja exclusvamente térmca (fg. 4). Essa parte é denomnada potênca elétrca útl, conforme dscutdo na págna anteror: Pot u 5 Ee 3 eceptor Pot f = U' Pot u = E' Fgura 4. Esquema de potên cas em um receptor. Pot' d = r' 2 Sendo Pote d 5 re 3 2 a potênca elétrca dsspada nternamente, temos pelo prncípo da conservação de energa que: Pot f 5 Pot u 1 Pot e d O rendmento elétrco (ge) do receptor é o quocente da potênca elétrca útl pela potênca elétrca fornecda ao receptor. Portanto: 2 Equação do receptor Sendo Pot f 5 Pot u Pote d, temos: que é chamada equação do receptor. ge 5 Pot u ] ge 5 Ee 3 Pot f Ue 3 ] ge 5 Ee Ue Ue 3 5 Ee 3 1 re 3 2 ] Ue 5 Ee re 3 Pode-se obter a equação do receptor, como na fgura 5, consderando-se que a ddp Ue entre os termnas seja o resultado do abaxamento de potencal Ee e da queda de potencal r e 3. eprodução probda. rt.184 do Códgo Penal e Le 9.610 de 19 de feverero de 1998. U' E' r' Fgura 5. Potencal elétrco ao longo do receptor. E' r' exercícos resolvdos. 98 Um motor elétrco, percorrdo pela corrente elétrca de ntensdade 10, transforma 80 W de potênca elétrca em me câ n ca. Calcule a fcem desse motor. 242 Sendo 10 e Pot u 5 80 W, temos: Ee 5 Pot u ] Ee 5 80 10 ] Ee 8 V esposta: 8 V
. 99 Um motor elétrco recebe de um crcuto a potênca de 800 W, sob ddp de 100 V, e dsspa nternamente uma potênca elétrca de 320 W. Calcule a fcem Ee e a resstênca nterna re desse motor. potênca elétrca fornecda ao motor é a potênca que ele recebe do crcuto (Pot f 5 800 W) sob ddp Ue 5 100 V. Como Pot f Ue 3, temos: 800 100 ] 5 8 Sendo dsspada nternamente a potênca Pote d 320 W, tem-se: Pote d re 3 2 ] 320 re 3 64 ] re 5 320 ] re 5 C 64 esposta: 60 V e 5 C Ee 5 Pot u ] Ee 5 480 ] Ee 60 V 8 Motor elétrco Pot f = 800 W Notemos, no dagrama acma, que a potênca elétrca útl do motor elétrco será: ssm, a fcem Ee é dada por: Pot u 5 Pot f 2 Pote d ] Pot u 5 800 320 ] Pot u 5 480 W Pot u Pot' d = 320 W eprodução probda. rt.184 do Códgo Penal e Le 9.610 de 19 de feverero de 1998.. 100 Um motor elétrco está lgado sob uma ddp de 110 V. Verfca-se que ele é percorrdo por corrente de ntensdade 55 com o exo bloqueado e de ntensdade 20 em rotação plena. Determne a fcem Ee e a resstênca nterna re do motor. O motor elétrco com exo bloqueado funcona como um resstor cuja resstênca é gual à resstênca n terna do motor. Na fgura I, abaxo, Ue 5 110 V, e 5 55. Então: ' Fgura I. r' U' re 5 Ue ] re 5 110 e 55 ] re 2 C Quando o motor está em rotação plena, transforma potênca elétrca em mecânca; então, a fcem Ee é dferente de zero. Na fgura II, Ue 110 V, 20 e, pela equação do receptor, temos: Ue 5 Ee re 3 ] 110 5 Ee 1 2 3 20 ] r' = 2 Ω E' Ee 5 70 V esposta: 70 V e 2 C Fgura II. U' exercícos propostos P. 250 Um motor elétrco, de resstênca nterna 2 C, é lgado a uma ddp de 100 V. Constata-se que o motor é percorrdo por uma corrente elétrca de 5. a) Determne a fcem do motor. b) Calcule a potênca elétrca dsspada nternamente. c) O que acontece se mpedrmos o exo do motor de grar? Capítulo 10 eceptores elétrcos P. 251 Um motor elétrco tem fcem Ee 5 100 V. Lgado a uma ddp de 110 V, o motor dsspa nternamente uma potênca elétrca de 20 W. Determne a resstênca nterna do motor e a ntensdade da corrente que o atravessa. 243
3 Curva característca de um receptor equação de um receptor, de constantes (Ee, re): U 5 Ee 1 re 3 5 re 3 Ee é uma função do 1 o grau entre a ddp e a corrente elétrca. Na fgura 6 temos a curva característca de um receptor: uma reta de coefcente angular re que corta o exo das ordenadas no valor de sua fcem Ee. Note que a área do retângulo destacado é numercamente gual à potênca elétrca útl do receptor: Pot u 5 Ee 3 U U E' θ Pot u Fgura 6. Curva característca de um receptor. 0 exercíco resolvdo. 101 curva característca de um motor é representada no gráfco. a) Calcule a fcem e a resstênca nterna desse motor. b) Para o motor funconando nas condções do ponto P, determne, em qulowatts-hora (kwh), a energa elétrca que o motor consome em 10 horas. 300 200 0 U (V) P 100 () a) Do gráfco, tra-se Ee 5 200 V e ponto P (100, 300 V) deve obedecer à equação do receptor. Logo: U 5 Ee 1 re 3 ] 300 5 200 re 3 100 ] 100 3 re 5 100 ] re 5 1 C eprodução probda. rt.184 do Códgo Penal e Le 9.610 de 19 de feverero de 1998. b) Nas condções do ponto P, a potênca elétrca fornecda ao motor será: Pot f 5 U 3 ] Pot f 5 300 3 100 ] Pot f 5 30.000 W ] Pot f 5 30 kw Em St 5 10 h, a energa elétrca que o motor consome será: E el. 5 Pot f 3 St ] E el. 5 30 3 10 ] E el. 5 300 kwh esposta: a) 200 V e 1 C; b) 300 kwh exercíco proposto P. 252 tensão elétrca nos termnas de um receptor vara com a ntensdade da corrente elétrca de acordo com o gráfco ao lado. 48 Determne: 36 a) a fcem e a resstênca nterna do receptor; b) a energa elétrca que o receptor consome em 2 h quando sob tensão de 36 V. Dê a resposta em kwh. 0 U (V) 3 9 () 244
4 Gerador reversível Exstem geradores que podem passar a funconar como receptores devdo à nversão do sen t do da corrente: são os chamados geradores reversíves. Dentre esses, destacam-se os acu mu la do res usados em automóves*, que, normalmente, funconam como geradores, transformando ener ga químca em energa elétrca. Entretanto, durante o processo de recarga efetuado pelo dí namo, os acumuladores são submetdos a uma ddp maor que sua fem, sendo percorrdos por cor rente em sentdo contráro, conforme mostra a curva característca da fgura 7. Nessas con d ções, a fem age como fcem e a energa elétrca é transformada em energa quí m ca; desse modo, o acumulador passa a funconar como receptor. U U' cumulador recarregando (funcona como receptor) U E cumulador funconando como gerador Fgura 7. Curva característca de um gerador reversível. ' exercíco resolvdo. 102 Uma batera é atravessada pela corrente e 5 10 e recebe do crcuto externo a potênca 110 W. In ver tendo os termnas da batera, a corrente passa a ser 5 5, passando a entregar, ao crcuto ex terno, a potênca 27,5 W. Determne a fcem (ou fem) e a resstênca nterna da batera. Quando a corrente que atravessa a batera é e 5 10, ela recebe a potênca Pot f 5 110 W. Portanto, fun co na como receptor e a ddp nos seus termnas será: Pot f 5 Ue 3 e ] 110 5 Ue 3 10 ] Ue 5 11 V Como Ue 5 E 1 r 3 e, temos: 11 5 E 1 10r Invertendo os termnas, a corrente passa a ser 5 5 e a batera lança a potênca Pot c 5 27,5 W. Desse modo, funcona como gerador e a ddp nos seus termnas será: Pot c 5 U 3 ] 27,5 5 U 3 5 ] U 5 5,5 V De U 5 E r 3, temos: 5,5 5 E 2 5r esolvendo o sstema formado por e, temos: 11 5 E 1 10r 5,5 E 5r (# 2) Substtundo em, temos: 11 5 22 1 10r ] 10r 5 11 3 3 ] r 5 11 30 ] r 7 0,37 C esposta: 7,3 V e 0,37 C exercíco ] 11 5 E 10r 11 5 2E 10r 22 5 3E proposto ] 3E 22 ] E 5 22 3 ] E 7 7,3 V ' = 10 = 5 P. 253 dferença de potencal entre os termnas de uma batera, funconando como gerador, é de 15 V e a n tensdade da corrente elétrca que a percorre é de 3. Funconando como receptor, essa batera, quando sob dferença de potencal de 20 V, é percorrda por uma corrente de ntensdade 2. Determne a resstênca nterna da batera e sua fem (ou fcem). E E U' U r r Capítulo 10 eceptores elétrcos * s bateras de automóves podem funconar como geradores, durante a descarga, ou como receptores, quando são recarregadas. Na págna 250, veja como ocorre o processo de descarga e carga de uma batera. 245
Seção 10.2 Crcuto gerador-receptor e gerador-receptor-resstor Objetvos nalsar um crcuto gerador-receptor e crcuto gerador- -receptor-resstor. Compreender a le de Poullet para o crcuto gerador- -receptor e para o crcuto smples gerador- -receptor-resstor. Termos e concetos batera de chumbo Consdere o crcuto smples formado pelo gerador (E, r), pelo receptor (Ee, re) e por fos de lgação de resstênca elétrca desprezível (fg. 8). O gerador é o elemento que possu maor valor de E e, portanto, mpõe o sentdo da corrente elétrca. No crcuto em questão, E Ee. ddp nos termnas do gerador U 5 E 2 r 3 é a mesma nos termnas do receptor Ue Ee r e 3. r E Portanto: E' U 5 Ue ] E r 3 5 Ee 1 re 3 ] r' Fgura 8. Crcuto smples formado por um gerador e um receptor. ] E 2 Ee 5 (r 1 re) 3 ] 5 E 2 Ee r 1 re Essa fórmula consttu a le de Poullet para o crcuto gerador- -receptor. Quando o crcuto smples é formado por um gerador (E, r), um resstor (), um receptor (Ee, re) e fos de lgação de resstênca elétrca desprezível (fg. 9), a le de Poullet é dada pela fórmula: 5 E 2 Ee 1 r 1 re eprodução probda. rt.184 do Códgo Penal e Le 9.610 de 19 de feverero de 1998. Undade Cargas elétrcas em movmento 246 E r E' r' Fgura 9. Crcuto smples formado por um gerador, um resstor e um receptor. Se o crcuto smples for consttuído de geradores, receptores e resstores, a ntensdade da corrente elétrca será dada por: 5 E 2 Ee em que E é a soma das fem, Ee é a soma das fcem e é a soma das resstêncas nternas dos geradores e receptores e dos resstores do crcuto.
exercícos resolvdos. 103 No crcuto da fgura, é um gerador e, um receptor. Calcule a ntensdade da corrente elétrca que atra vessa o gerador. 2 Ω 6 V 2 Ω 2 Ω 4 V 2 Ω O gerador (6 V, 2 C) tem fem E 6 V e resstênca nterna r 2 C, e o receptor (4 V, 2 C), fcem Ee 4 V e resstênca nterna re 5 2 C. Para utlzarmos a le de Poullet, o crcuto não deve ter l ga ções em paralelo. ssm, substtuímos a assoca ção de resstores guas em paralelo pela sua re sstênca equvalente: r = 2 Ω E = 6 V r' = 2 Ω E' = 4 V 5 2 3 2 2 1 2 ] 5 1 C = 1 Ω eprodução probda. rt.184 do Códgo Penal e Le 9.610 de 19 de feverero de 1998. Desse modo, pela le de Poullet, temos: E 2 Ee 5 1 r 1 re ] 5 6 2 4 1 1 2 1 2 5 2 5 ] 5 0,4 esposta: 0,4 Observação: Quando em um crcuto não se nforma qual é o gerador e o receptor, devem-se analsar os valores das fems e das fcems. Num crcuto como o do exercíco, será fem a que tver maor valor e, consequentemente, o aparelho funconará como gerador.. 104 O crcuto apresenta duas bateras, 1 e 2, e um ress tor. 3 Ω 1 2 Ω 18 V 1 Ω 12 V 2 Determne: a) a ntensdade da corrente elétrca que atravessa o crcuto; b) a ddp entre os pontos e. a) batera 1, por ter maor valor de E (18 V), é o gerador. O sentdo da corrente é do polo negatvo para o polo postvo. Nessas condções, na batera 2 o sentdo da corrente é do polo postvo para o polo negatvo e ela funcona como um receptor. Pela le de Poullet, temos: 5 E 2 Ee ] 5 18 2 12 1 r 1 re 3 1 2 1 1 ] 5 6 6 ] 5 1 b) Entre os pontos e temos um receptor. Logo: = 3 Ω r = 2 Ω 1 r' = 1 Ω E' = 12 V E = 18 V Capítulo 10 eceptores elétrcos U 5 Ee re 3 ] U 5 12 1 3 1 ] U 5 13 V 2 esposta: a) 1 ; b) 13 V 247
. 105 Duas plhas elétrcas apresentam as seguntes característcas: (E 1 5 1,53 V, r 1 5 15 C) e (E 2 5 1,47 V, r 2 5 15 C). a) Lgando-as conforme o crcuto I, calcule a ndcação do mlamperímetro M deal. b) Lgando-as em paralelo e fechando o crcuto com um resstor 5 367,5 C em sére com o m lam perímetro M, verfca-se que este ndca 4 m (crcuto II). Calcule as correntes elétrcas nas plhas E 1 e E 2. I. M II. r 1 r 2 r 1 r 2 E 1 E 2 E 1 E 2 M a) plha de maor fem funcona como gerador. Pela le de Poullet: I 5 E 1 2 E 2 5 1,53 2 1,47 5 0,06 r 1 1 r 2 15 1 15 30 ] I r 1 = 15 Ω M I r 2 = 15 Ω ] I 5 0,002 ] I 5 2 m b) Pela le de Ohm, no resstor temos: U II 5 3 II ] U II 5 367,5 3 4 3 10 3 ] U II 5 1,47 V r 1 = 15 Ω E 1 = 1,53 V r 2 = 15 Ω E 2 = 1,47 V U II I = 367,5 Ω E 1 = 1,53 V 1 2 II = 4 m = 4 10 3 Em cada gerador assocado, aplquemos a equação do gerador: U II E 2 2 r 2 3 2 ] 1,47 1,47 2 15 3 2 ] 2 5 0 U II 5 E 1 2 r 1 3 1 ] 1,47 5 1,53 2 15 3 1 ] 15 3 1 5 0,06 ] 1 5 0,004 ] esposta: a) 2 m; b) 1 4 m e 2 0 M l 5 4 m E 2 = 1,47 V Observação: No crcuto I, o gerador de menor fem funcona como receptor, enquanto no crcuto II esse gerador não é percorrdo por corrente elétrca. O crcuto II é um exemplo que justfca o fato de não termos analsado assocação em paralelo de geradores de fems dferentes. eprodução probda. rt.184 do Códgo Penal e Le 9.610 de 19 de feverero de 1998. Undade Cargas elétrcas em movmento. 106 Um gerador de fem 110 V e resstênca nterna 1 C almenta um crcuto que corresponde, em sére, a um motor de resstênca nterna 1 C e um resstor de 9 C. Esse resstor é merso em um recpente, contendo 1.125 g de água a 20 wc. Calcule em quanto tempo a água entrará em ebulção, quando o exo do motor for mpeddo de grar por um meo qualquer. (Dados: calor específco da água 1 cal/g 3 wc e 1 cal 5 4,2 J) O crcuto pode ser esquematzado como na fgura ao lado. Impedndo-se o exo do motor de grar (Ee 5 0) e, pela le 100 C de Poullet, temos: θ = 80 C 20 C 5 E 1 r 1 re ] 5 110 9 1 1 1 1 ] 5 110 11 ] 5 10 energa elétrca consumda pelo resstor é transformada E' = 0 em calor, levando a água à ebulção: = 9 Ω E el. 5 Q ] Pot 3 St 5 mc 3 SJ ] 3 2 3 St 5 mc 3 SJ r' = 1 Ω Sendo 5 9 C, 5 10, m 5 1.125 g, c 5 1 cal 5 4,2 J e SJ 5 80 wc, temos: g 3 wc g 3 wc E = 110 V r = 1 Ω 9 3 10 2 3 St 5 1.125 3 4,2 3 80 ] St 5 420 s ] St 5 7 mn 248 esposta: 7 mn
exercícos propostos P. 254 Dados os crcutos I e II, determne as ndcações do amperímetro deal. I. 0,5 Ω 10 V 5 V 0,5 Ω II. 1 Ω 4 Ω 1 Ω 4 Ω 1 Ω 2 Ω 1 V 4 V P. 255 Consdere o crcuto da fgura. Calcule: a) a potênca elétrca dsspada no resstor de 5 C; b) a ntensdade de corrente elétrca no resstor de 6 C; c) as ddps no gerador e no receptor. r 1 = 3 Ω 6 Ω 12 Ω 4 Ω E 1 = 80 V 5 Ω r 2 = 1 Ω E 2 = 14 V eprodução probda. rt.184 do Códgo Penal e Le 9.610 de 19 de feverero de 1998. P. 256 No crcuto ndcado, é um amperímetro deal e ndca 1,2. a) Supondo que seja um resstor, calcule sua resstênca elétrca. b) Supondo que seja um receptor de resstênca nterna 1 C, calcule a sua fcem. P. 257 (UFV-MG) Um motor elétrco é fxado à borda de uma mesa com uma corda presa a seu exo, de modo a levantar um peso de 100 N a uma altura de 0,50 m em 10 s, com velocdade constante, con for me fgura. O motor é conectado a uma batera de 10 V por meo de fos, de forma que todo o crcuto tem a resstênca de 5,0 C. Estando o motor realzando essa tarefa, determne: a) a potênca por ele desenvolvda; b) a corrente que percorre o crcuto; c) a força contraeletromotrz do motor. r 1 = 1 Ω 1 = 2 Ω E 1 = 60 V E 2 = 36 V r 2 = 2 Ω 2 = 4 Ω P. 258 Um crcuto compreende um gerador de fem 42 V e resstênca nterna 4 C, em sére com um motor elétrco e um resstor de 4,19 C merso em um calorímetro. Constata-se que: I. mpedndo-se a rotação do motor, desprendem-se, no calorímetro, 540 cal/mn; II. quando o motor está em rotação plena, a quantdade de calor no calorímetro é de 15 cal/mn. Consderando 1 cal 5 4,19 J, determne a fcem e a resstênca nterna do motor elétrco. P. 259 (UFSCar-SP) É dado um crcuto de duas plhas dêntcas lgadas em sére e uma resstênca ex terna de 10 C. Cada plha tem fem gual a 1,5 V e resstênca nterna 2,5 C. Seja a ntensdade de corrente do crcuto. Quando se acrescenta uma tercera plha em sére com as duas prmeras: I. a ntensdade de corrente não se altera, se ela for lgada em sére com a mesma polardade; II. a nova ntensdade de corrente é, se ela for lgada em sére com a polardade oposta. 2 Determne as característcas da tercera plha. Capítulo 10 eceptores elétrcos 249
batera de chumbo batera de chumbo, utlzada, por exemplo, nos automóves, é consttuída de váras plhas, assocadas em sére. Cada plha é formada de placas alternadas de chumbo (Pb) e de dóxdo de chumbo (PbO 2 )*. O conjunto encontra-se merso numa solução dluída de ácdo sulfúrco. s placas de chumbo são lgadas entre s, consttundo o ânodo ou polo negatvo. s placas de dóxdo de chumbo, lgadas entre s, consttuem o cátodo ou polo postvo. Cada plha fornece uma tensão de 2 V. Uma batera de 12 V contém ses plhas assocadas em sére. Durante a descarga da batera, sto é, durante a fase em que a batera funcona como gerador, ocorrem as seguntes reações químcas: ânodo Pb 0 SO 4 2 PbSO 4 1 2e cátodo PbO 2 1 SO 4 2 1 4H 2e PbSO 4 1 2H 2 O Solução dluída de H 2 SO 4 Placa de chumbo (ânodo) Uma das plhas de uma batera Placa de dóxdo de chumbo (cátodo) Os íons SO 4 2 e H são fornecdos pelo H 2 SO 4 (H 2 SO 4 2H 1 SO 4 2 ). O sulfato de chumbo (PbSO 4 ) formado em cada reação adere à respectva placa. Cada átomo de chumbo do ânodo que partcpa da reação lbera dos elétrons que atravessam o crcuto externo à batera, sendo capturados pelo cátodo. Tem-se, assm, a corrente elétrca. Nessas reações, o ácdo sulfúrco va sendo consumdo e consequentemente dmnu a densdade da solução. Por sso, para testar a batera, usa-se um densímetro. densdade deal da solução deve ser de 1,28 g/cm 3. ateras desse tpo são geradores reversíves, sto é, podem ser recarregadas. Para sso, lga-se, em oposção com a batera, um gerador de corrente contínua que aplca à batera uma ddp maor do que sua fem. batera passa a funconar como receptor. s reações anterores se nvertem: um eletrodo se recobre de chumbo e o outro, de dóxdo de chumbo. Na solução aumenta a concentração de ácdo sulfúrco. Durante a descarga, energa químca se transforma em energa elétrca e, na carga, energa elétrca se transforma em energa químca. No caso dos automóves, é o dínamo que, de um modo automátco, faz o recarregamento da batera. eprodução probda. rt.184 do Códgo Penal e Le 9.610 de 19 de feverero de 1998. exercícos propostos de recaptulação P. 260 (Covest-PE) O motor elétrco de uma bomba-d água é lgado a uma rede elétrca que fornece uma dferença de potencal de 220 V. Em quantos segundos o motor da bomba consome uma energa de 35,2 kj, se por ele crcula uma corrente elétrca de 2? P. 261 (Olmpíada raslera de Físca) tensão nos termnas de um motor elétrco vara com a ntensdade da corrente, conforme o gráfco ao lado. Se o rendmento desse motor for de 50%, calcule a corrente que o percorre. 25 20 U (V) 0 0,05 () 250 * s placas de dóxdo de chumbo, na verdade, são consttuídas por placas de chumbo recobertas por uma película de dóxdo de chumbo (PbO 2 ).
P. 262 (UFU-MG) Uma batera de fem 220 V e resstênca de 10 C está acoplada, conforme o cr cu to da fgura, ou a uma lâmpada de 100 C de resstênca ou a um motor de fcem 205 V com re sstênca n terna de 5 C, dependendo de a conexão da chave S estar em ou. Pede-se: a) a potênca consumda pela lâmpada; b) a potênca útl do motor; c) a potênca dsspada por efeto Joule no motor. S Motor P. 263 (FEI-SP) Com uma batera de fem E 1 5 21 V e resstênca nterna r 1 5 3,0 C, deseja-se aconar um pequeno motor de corrente contínua de fcem E 2 5 5,0 V e resstênca nterna r 2 5 2,0 C. Despreze a re sstênca dos fos de lgação e calcule a resstênca que deve ser assocada em paralelo com o motor para que a corrente nele seja de 2,0. P. 264 (Uncamp-SP) No crcuto da fgura, as bateras têm fem E 1 5 4 V, E 2 5 2 V e ambas têm resstênca n ter - na r 5 1 C. a) Para que valor da resstênca a lâmpada L do crcuto não se acende, sto é, pode-se consderar a corrente através de L como sendo nula? b) Com a lâmpada L apagada, qual é o valor da corrente que passa por? E 2, r E 1, r L eprodução probda. rt.184 do Códgo Penal e Le 9.610 de 19 de feverero de 1998. P. 265 (PUC-SP) Duas bateras, e e, formada a prmera de 5 elementos e a segunda de 4 elementos, todos guas, estão lgadas num crcuto, conforme o esquema ao lado. Nesse crcuto, é um amperímetro deal e, um reostato. Quando 5 1 C, a ndcação do amperímetro é zero. Calcule a resstênca nterna de cada elemento. P. 266 (UFP) Uma lâmpada de resstênca gual a 117 C é lgada em sére a um motor de força contraeletromotrz gual a 60 V e resstênca nterna gual a 1 C, sendo ambos lgados também em sére a um gerador de força eletromotrz gual a 120 V e resstênca nterna gual a 2 C. Com o crcuto em fun co na mento, pergunta-se: a) Qual o valor, em ampère, da corrente crculante? b) Se bloquearmos mecancamente o exo do motor, mpedndo o seu gro, o brlho da lâmpada aumenta, dmnu ou não se altera? c) Na stuação anda do tem b, qual o valor, em ampère, da corrente elétrca crculante? P. 267 (Fuvest-SP) s característcas de uma plha, do tpo PX, estão apresentadas no quadro a segur, tal como fornecdas pelo fabrcante. ' Uma plha, do tpo PX, pode ser representada, em qualquer stuação, por um crcuto equvalente, formado por um gerador deal de força eletromotrz E 5 1,5 V e uma resstênca nterna r 5 2 C, como representado no esquema abaxo. 3 E r Três dessas plhas foram colocadas para operar, em sére, em uma lanterna que possu uma lâmpada L, com resstênca constante L 5 3,0 C. Por engano, uma das plhas fo colocada nvertda, como representado abaxo: Plha 1 Plha 2 Determne: a) corrente I, em ampères, que passa pela lâmpada, com a plha 2 nvertda, como na fgura. b) potênca Pot, em watts, dsspada pela lâmpada, com a plha 2 nvertda, como na fgura. c) razão F 5 Pot, entre a potênca Pot dsspada pela lâmpada, com a plha 2 nvertda, e a Pot 0 potênca Pot 0, que sera dsspada, se todas as plhas estvessem posconadas corretamente. Plha 3 L Capítulo 10 eceptores elétrcos 251
testes propostos Undade Cargas elétrcas em movmento T. 235 Na fgura, tem-se um trecho de crcuto elétrco onde a ddp entre os pontos e é 100 V e a corrente com sentdo ndcado tem ntensdade 2. = 2 Dentro da caxa X pode exstr: a) um gerador de fem 150 V e resstênca nterna 10 C. b) um receptor de fcem 120 V e resstênca nterna 5 C. c) três resstores de 150 C cada, assocados em sére. d) três resstores de 150 C cada, assocados em paralelo. e) um conjunto dferente dos anterores. T. 236 (PUC-SP) fgura esquematza o crcuto elétrco de uma enceradera em funconamento. Tomada de 120 V X E' = 110 V r' =? po tên ca elétrca dsspada por ela é de 20 W e sua fcem 110 V. ssm, sua resstênca nterna é de: a) 5,0 C c) 2,0 C e) 25,0 C b) 55 C d) 115 C T. 237 (UFGS-S) O crcuto abaxo representa três plhas deas de 1,5 V cada uma, um resstor de resstênca elétrca 1,0 C e um motor, todos lgados em sére. (Consdere desprezível a resstênca elétrca dos fos de lgação do crcuto.) Plhas Motor tensão entre os termnas e do motor é 4,0 V. Qual é a potênca elétrca consumda pelo motor? a) 0,5 W c) 1,5 W e) 2,5 W b) 1,0 W d) 2,0 W T. 238 (Cesgranro-J) Um motor M, de força contraeletromotrz gual a 54 V e resstênca nterna 9,0 C, é lgado a um gerador de força eletromotrz de 80 V e resstênca nterna de 4,0 C. Nessas condções, a ntens da de da corrente elétrca es tabelecda no crcuto valerá, em ampères: a) 2,0 b) 3,4 c) 5,2 d) 6,0 e) 7,8 T. 239 (UFSC) No crcuto mostrado na fgura, 1 é um amperímetro e I 1 e I 2 são nterruptores do crcuto. Suponha que os nterruptores estejam fechados e que E 1 5 2 V, E 2 5 5 V, 1 5 3 C, 5 9 C, r 1 5 2 C e r 2 5 1 C. C r 2 r 1 E 2 E 1 1 I 1 D I 2 1 ssnale a(s) proposção(ões) correta(s). (01) dferença de potencal entre e é maor que o valor da força eletromotrz E 2. (02) dferença de potencal entre C e é maor que o valor da força eletromotrz E 1. (04) dferença de potencal entre D e E é gual à dferença de potencal entre F e E. (08) O amperímetro 1 regstra a mesma corrente, esteja com o nterruptor I 2 aberto ou fechado. (16) brndo-se o nterruptor I 1, a dferença de potencal entre e é gual ao valor da força eletromotrz E 2. Dê como resposta a soma dos números que precedem as afrmatvas corretas. T. 240 (F-SP) Um motor elétrco tem resstênca nterna de 2 C, força contraeletromotrz de 100 V e é per cor rdo por uma corrente de 5, quando está em rotação ple na. Se o exo do motor for travado, mantda a mesma tensão elétrca, a corrente que passará por ele valerá: a) 20 b) 25 c) 36 d) 55 E F eprodução probda. rt.184 do Códgo Penal e Le 9.610 de 19 de feverero de 1998. 252
T. 241 (IT-SP) s duas bateras da fgura estão lgadas em oposção. 18,0 V 2,00 Ω crcuto I, o amperímetro ndcou uma corrente I 1 5 1 e, na montagem do crcuto II, ndcou uma corrente I 2 5 3. eprodução probda. rt.184 do Códgo Penal e Le 9.610 de 19 de feverero de 1998. 6,00 V 1,00 Ω Suas fems e resstêncas nternas são, respectvamente: 18,0 V e 2,00 C; 6,00 V e 1,00 C, sendo a corrente no crcuto, V a tensão V 2 V e Pot d a potênca total dsspada, podemos afrmar que: a) 5 9,00 ; V 5 210,0 V; Pot d 5 12,0 W b) 5 6,00 ; V 5 10,0 V; Pot d 5 96,0 W c) 4,00 ; V 5 10,0 V; Pot d 5 16,0 W d) 5 4,00 ; V 5 10,0 V; Pot d 48,0 W e) 5 4,00 ; V 5 24,0 V; Pot d 5 32,0 W T. 242 (UFMG) Nessa fgura, são ndcadas as potêncas fornecdas ao motor e às duas lâmpadas, todos lgados a uma mes ma batera, bem como a letura do amperímetro ntroduzdo no crcuto. Sabe-se que a força eletromotrz da batera é 12 V e que o voltímetro e o amperímetro são deas. atera Voltímetro 0 0,5 V 1 0 0,5 1 mperímetro (10 ) Motor (M) 40 W 12 V 12 V s resstêncas nternas das duas bateras e do amperímetro são de valor desprezível. O valor da fem da batera é: a) 18 V c) 12 V e) 6 V b) 15 V d) 9 V T. 244 (UFP) Em uma construção, é utlzado um motor de corrente contínua para elevar baldes contendo argamassa, conforme a fgura abaxo. O motor funcona sob uma tensão de 20 V e o seu rendmento é de 70%. 2 1 Crcuto I 2 1 Crcuto II L 1 L 2 10 W 30 W re sstênca nterna r da batera e a letura do voltímetro valem: a) r 5 0 C e U 5 12 V b) r 5 0 C e U 5 80 V c) r 5 0,4 C e U 5 8 V d) r 5 0,8 C e U 5 12 V e) r 5 10 C e U 5 80 V T. 243 (UFC-CE) Os crcutos I e II da fgura foram montados para a determnação do valor da força eletromotrz, fem, da batera. Neles foram utlzados os mesmos componentes elétrcos. Na montagem do Supondo-se que um balde de argamassa possua 28 kg e que esteja sendo elevado à velocdade constante de 0,5 m/s, consderando-se a aceleração da gravdade gual a 10 m/s 2, o módulo da ntensdade de corrente elétrca no motor é: a) 10 c) 7,0 e) 0,7 b) 14 d) 4,9 T. 245 (Vunesp) Uma batera de 50 plhas, cada uma das quas de fem 2,3 V e resstênca nterna 0,10 ohm, deve ser carregada numa fonte de corrente contínua de 210 V e resstênca nterna desprezível. corrente máxma que pode crcular pelo sstema é 6,0. Qual é a resstênca extra que deve ser nserda no crcuto? a) 10,8 ohms d) 15,9 ohms b) 30 ohms e) 35 ohms c) 20,9 ohms Capítulo 10 eceptores elétrcos 253