LISTA DE EXERCÍCIOS ELETRICIDADE ENSINO MÉDIO Aluno: Série: 3 a Professor: EDUARDO Disciplina: FÍSICA Data: ELETROSTÁTICA 1) (Unicamp-SP) Duas cargas elétricas Q 1 e Q 2 atraem-se quando colocadas próximas uma da outra. a) O que se pode afirmar sobre os sinais de Q 1 e de Q 2? b) A carga Q 1 é repelida por uma terceira carga, Q 3, positiva. Qual é o sinal de Q 2? 2) Determine a carga elétrica de um condutor que, estando inicialmente neutro, perdeu 5,0 10 13 elétrons. Dado: carga elementar e = 1,6 10-19 C. 3) Cinco esferas metálicas idênticas, de dimensões bastante reduzidas, são eletrizadas individualmente. A esfera A adquiriu uma carga elétrica igual a + 5q, a B ganhou - 3q, a C ficou com + 7q, a D com + 6q e a última, E, adquiriu carga ignorada. No entanto, após um contato simultâneo entre as cinco esferas, observou-se que cada uma ficou com uma carga elétrica igual a + 3q. Determine a carga inicial da esfera E. 4) Três pequenas esferas metálicas A, B e C idênticas estão eletrizadas com cargas + 3q, - 2q e + 5q, respectivamente. Determine a carga de cada uma após um contato simultâneo entre as três. 5) Três pequenas esferas condutoras M, N e P idênticas estão eletrizadas com cargas + 6q, + q e - 4q, respectivamente. Uma quarta esfera Z, igual as anteriores, encontra-se neutra. Determinar a carga elétrica adquirida pela esfera Z, após contatos sucessivos com M, N e P, nessa ordem. ELETRODINÂMICA CORRENTE ELÉTRICA 1) Numa seção transversal de um fio condutor, passam 5 elétrons por segundo. Determine: a) o módulo da carga elétrica que atravessa essa seção, em 10 segundos; b) a intensidade média da corrente elétrica através desse fio 2) O gráfico mostra como variou com o tempo a intensidade de corrente elétrica num fio metálico. a) Qual a quantidade de carga elétrica que passou por uma seção transversal do fio, de t = 0 a t = 20 s? b) Qual a corrente média no intervalo de tempo de 20 s?
3) Um condutor metálico é atravessado por uma corrente elétrica, cuja intensidade (i) varia em função do tempo (t), conforme a expressão: i = 10 - t (Sl) a) Construa o gráfico i x t. b) Determine o módulo da carga elétrica que passa por uma seção transversal desse condutor, nos 10 primeiros segundos. c) Determine a intensidade média de corrente elétrica através do condutor, nos 10 primeiros segundos. 4) Quando ligado a uma tensão de 100 V, um aquecedor elétrico recebe uma potência elétrica de 1 800 W. Calcule: a) a intensidade da corrente elétrica que circula no aquecedor; b) a energia elétrica recebida pelo aquecedor, em 1 h de funcionamento. 5) Um forno de microondas opera na voltagem de 120 V e corrente de 5,0 A. Colocam-se nesse forno 200 ml de água à temperatura de 25 C. Admita que toda a energia do forno é utilizada para aquecer a água. Para simplificar, adote 1,0 cal = 4,0 J. a) Qual a energia necessária para elevar a temperatura da água a 100 C? b) Em quanto tempo esta temperatura será atingida? RESISTIVIDADE, POTÊNCIA E ENERGIA ELÉTRICA 6) O aquecimento e a iluminação foram as primeiras aplicações da energia elétrica. Um fio metálico, muito fino, percorrido por corrente elétrica se aquece. Considere um fio de níquel-cromo, cuja resistividade suposta constante vale 1,0. 10 ².m, tem 1,0 m de comprimento e 2,5 mm de área de secção reta. Suas extremidades são sujeitas a uma ddp de 12 V. Determine a intensidade da corrente que percorre o fio, em ampéres. 7) A linha de transmissão que leva energia elétrica da caixa de relógio até uma residência consiste de dois fios de cobre com 10,0 m de comprimento e secção reta com área 4,0 mm cada um. Considerando que a resistividade elétrica do cobre é = 1,6.10 ².m, a) calcule a resistência elétrica r de cada fio desse trecho do circuito. b) Se a potência fornecida à residência for de 3.300 W a uma tensão de 110 V, calcule a potência dissipada P nesse trecho do circuito. 8) Um dos hábitos de higiene que proporciona uma vida saudável é o banho diário. Na possibilidade de se utilizar um chuveiro elétrico, esse hábito pode-se tornar desagradável quando nos dias frios a água é pouco aquecida. Para melhorar o aquecimento sem alterar o fluxo de água e a posição da chave seletora, uma pessoa retira 1/6 do comprimento do resistor. Considerando que a tensão nos terminais do chuveiro se mantém constante, é correto afirmar que a razão entre as potências antes e após a redução do comprimento do resistor é: a) 6/1 b) 6/5 c) 1/6 d) 1/1 e) 5/6 9) A resistência elétrica de um pedaço de fio metálico é 4,0². Se considerarmos outro pedaço, constituído pelo mesmo metal e na mesma temperatura do pedaço inicial, porém com o dobro do comprimento e o dobro do diâmetro, sua resistência será a) 1,0². b) 2,0². c) 4,0². d) 6,0². e) 8,0².
10) A invenção da lâmpada incandescente no final do Séc. XIX representou uma evolução significativa na qualidade de vida das pessoas. As lâmpadas incandescentes atuais consistem de um filamento muito fino de tungstênio dentro de um bulbo de vidro preenchido por um gás nobre. O filamento é aquecido pela passagem de corrente elétrica, e o gráfico adiante apresenta a resistividade do filamento como função de sua temperatura. A relação entre a resistência e a resistividade é dada por R = L/A, onde R é a resistência do filamento, L seu comprimento, A a área de sua seção reta e sua resistividade. a) Caso o filamento seja aquecido desde a temperatura ambiente até 2000 C, sua resistência aumentará ou diminuirá? Qual a razão, R ³³³/R ³, entre as resistências do filamento a 2000 C e a 20 C? Despreze efeitos de dilatação térmica. b) Qual a resistência que uma lâmpada acesa (potência efetiva de 60 W) apresenta quando alimentada por uma tensão efetiva de 120V? c) Qual a temperatura do filamento no item anterior, se o mesmo apresenta um comprimento de 50 cm e um diâmetro de 0,05 mm? Use a aproximação = 3. 11) O aquecimento e a iluminação foram as primeiras aplicações da energia elétrica. Um fio metálico, muito fino, percorrido por corrente elétrica se aquece. Considere um fio de níquel-cromo, cuja resistividade suposta constante vale 1,0. 10-6 Ω.m, tem 1,0 m de comprimento e 2,5 mm 2 de área de secção reta. Suas extremidades são sujeitas a uma ddp de 12 V. Determine a intensidade da corrente que percorre o fio. 12) A linha de transmissão que leva energia elétrica da caixa de relógio até uma residência consiste de dois fios de cobre com 10,0 m de comprimento e secção reta com área 4,0 mm 2 cada um. Considerando que a resistividade elétrica do cobre é ρ = 1,6.10-8 Ω.m, a) calcule a resistência elétrica r de cada fio desse trecho do circuito; b) se a potência fornecida à residência for de 3.300 W a uma tensão de 110 V, calcule a potência dissipada P nesse trecho do circuito. RESISTORES E ASSOCIAÇÃO DE RESISTORES 13) Para iluminar uma árvore de Natal, são associadas lâmpadas de 5 W 5 V em série. A associação é ligada a uma tomada de 110 V. Determine: a) o número de lâmpadas que devem ser associadas para que cada uma opere de acordo com suas especificações; b) a resistência de cada lâmpada; c) o que acontece com as outras lâmpadas. sem delas queimar. 14) Na figura, R representa um reostato de 200 Ω e L uma lâmpada de 80 V 40 W. Entre os pontos 3 e 4 do circuito aplica-se uma ddp de 120 V: a) Qual a resistência do filamento da lâmpada? b) Qual a posição do cursor do reostato para que a lâmpada acenda normalmente (conforme especificação)? c) O que acontece quando deslocamos o cursor do reostato para a esquerda?
15) O gráfico a seguir representa as intensidades das correntes elétricas que percorrem dois resistores ôhmicos R 1 e R 2 em função da ddp aplicada em cada um deles. Abaixo do gráfico, há o esquema de um circuito no qual R 1 e R 2 estão ligados em série a uma fonte ideal de 12 v. Qual a corrente que circula pelo circuito representado na figura? 16) Em cada uma das associações a seguir, determine a resistência equivalente entre os pontos A e B: 17) A figura representa a associação de dois resistores em série, em que a ddp U1 é igual a 12 V. Determinar: a) as intensidades de corrente i1 e i2; b) a ddp U2 e a ddp U. 18) No trecho de circuito elétrico mostrado na figura, calcule as intensidades de corrente elétrica I1, I2 e I3, sendo I = 3 A. 19) No trecho de circuito esquematizado a seguir, calcule as intensidades de corrente elétrica I, i1, i2, i3, i4, i5 e i6: 20) Observe a figura, onde temos a representação esquemática de um conjunto de lâmpadas coloridas, dessas usadas em árvores de Natal. Na lâmpada 4 foi instalado um dispositivo pisca-pisca. Quando essa lâmpada apaga, quais as outras que também apagam? 21) Com relação à associação de resistores esquematizada na figura, assinale a alternativa correta: a) R1 e R4 estão em série. b) R1 e R7 estão em paralelo. c) R2, R3 e R5 estão em paralelo. d) R2 e R3 estão em paralelo. e) R4, R5 e R6 não estão em série.
22) Calcule a resistência equivalente entre os terminais A e B, nos seguintes casos: 23) Numa experiência realizada em São Paulo (voltagem de 110 V), é utilizada a associação de resistores abaixo. Querendo utilizar a mesma montagem numa experiência realizada em Santos (voltagem de 220 V), para que não haja alteração dos valores da corrente em cada resistor, deve-se associar uma resistência R5: a) de valor 8,4 Ω em série com R1. b) de valor 10 Ω em série com R1. c) de valor 8,4 Ω em paralelo com R1. d) de valor 10 Ω em paralelo com R1. e) de valor 1,6 Ω em série com R1. 24) Duas lâmpadas de 60 W 120 V são ligadas a uma rede de 120 V. Observe que a rede é protegida por um fusível F, de 2,0 A, como mostra a figura. Verifique se é possível substituir uma das lâmpadas por outra de 120 W 120 V sem queimar o fusível. Justifique sua resposta. INSTRUMENTOS DE MEDIDAS ELÉTRICAS 25) Na montagem esquematizada na figura, F1, F2 e F3 são fusíveis de resistências desprezíveis, que suportam, no máximo, as correntes neles indicadas. Se os pontos A e B forem submetidos a uma diferença de potencial de 120 V, que fusíveis deverão queimar-se? 26) No circuito da figura adiante, A é um amperímetro de resistência nula, V é um voltímetro de resistência infinita. A resistência interna da bateria é nula. a) Qual é a intensidade da corrente medida pelo amperímetro? b) Qual é a voltagem medida pelo voltímetro? c) Quais são os valores das resistências R e R? d) Qual é a potência fornecida pela bateria?
27) No circuito mostrado a seguir, determine a corrente fornecida pela bateria e a corrente que circula através do resistor de 6,0 ² 28) No circuito a seguir, o amperímetro e o voltímetro são ideais. Determine a indicação de cada um. 29) No circuito representado no esquema a seguir, M e M são medidores, sendo um amperímetro e o outro voltímetro, ambos ideais. O amperímetro indica 2,5 ampéres e o voltímetro 27,5volts. Com essas informações, pode-se concluir que o amperímetro é a) M e R vale 0,09 ². b) M e R vale 11 ². c) M e R vale 11 ². d) M e R vale 11 ². e) M e R vale 30 ². 30) Considere o circuito a seguir. Qual é a soma das leituras no amperímetro, em A, e no voltímetro, em V, considerando ideais ambos os instrumentos de medida? 31) Considerando-se o circuito a seguir e sabendo-se que a diferença de potencial através do resistor R é 4V, determine o valor de R. 32) Na associação a seguir, a intensidade de corrente i que passa pelo resistor de 14 ² é 3 A. Determine as indicações do amperímetro A e do voltímetro V, ambos ideais.
GERADORES ELÉTRICOS 33) Três resistores de 40 ohms cada um são ligados a uma bateria de f.e.m. (E) e resistência interna desprezível, como mostra a figura. Quando a chave "C" está aberta, a corrente que passa pela bateria é 0,15A. a) Qual é o valor da f.e.m. (E)? b) Que corrente passará pela bateria, quando a chave "C" for fechada? 34) É dado o circuito a seguir, em que é uma bateria de f.e.m. desconhecida e resistência interna r também desconhecida e R é uma resistência variável. Verifica-se que, para R = 0 a corrente no circuito é i³ = 4,0 A e para R = 13,5 ², a corrente é i = 0,40 A. Calcule a f.e.m. da bateria e a sua resistência interna r. 35) No circuito esquematizado, onde i = 0,6 A, calcule a força eletromotriz E. 36) O gráfico a seguir, representa a ddp U em função da corrente i para um gerador em um circuito. Determine a fem e a resistência interna do mesmo. 37) O diagrama a seguir mostra parte do circuito elétrico de um automóvel nacional. Nele, encontram-se representados a bateria de 12 V, os faróis, o motor de arranque (MA) e duas chaves de acionamento elétrico. C representa o interruptor que liga e desliga os faróis e C representa a chave de ignição (ou de partida) do automóvel. Quando apenas os faróis estão ligados, a corrente elétrica, de aproximadamente 12 A, que circula pelo circuito, faz com que eles brilhem normalmente. Todavia, quando a chave C é fechada, o motor de arranque, para girar o eixo do motor, que está parado, solicita da bateria uma corrente bem elevada, de 212,4 A. Nesse momento, a diferença de potencial (ddp) medida pelo voltímetro sofre uma redução, o amperímetro passa a indicar 7,6 A e a luminosidade dos faróis perde intensidade. Sabendo que a resistência interna da bateria é igual a 0,02 ² e considerando que os instrumentos de medição não interferem nas grandezas elétricas do circuito, determine, em volts, a ddp indicada pelo voltímetro. Multiplique o seu resultado por 10 e, depois, despreze a parte fracionária, caso exista.
38) Uma lanterna utiliza uma lâmpada miniatura e uma pilha pequena, tipo AA, cuja fem nominal é =1,5V. Sabe-se que essa lâmpada acende exatamente de acordo com suas especificações: 1,2V; 3,6W. a) Desenhe o esquema do circuito dessa lanterna. Determine a resistência interna da pilha. b) Suponha que você quer utilizar essa pilha para acender duas lâmpadas iguais à da lanterna. Desenhe o esquema de um circuito capaz de acendê-las. Elas acenderiam de acordo com suas especificações? Justifique. Admita que as resistências dos filamentos dessas lâmpadas sejam constantes. 39) Uma bateria B, de força eletromotriz =12V e resistência interna r desconhecida, é conectada a um circuito elétrico que contém um resistor de resistência R=3,5² e uma chave S. Dados: calor específico da água = 1,0 cal/g C; 1,0J = 0,24 cal. Com o resistor imerso em 240g de água, a chave S é ligada, permitindo que o circuito seja atravessado por uma corrente elétrica de intensidade igual a 3,0A. Considerando que não há dissipação de energia nos fios de ligação e que a energia liberada no resistor é utilizada integralmente para aquecer a água, determine: a) a resistência interna da bateria; b) a d.d.p. nos terminais da bateria; c) a potência útil e a eficiência do gerador; d) a energia absorvida pela água durante os 10 min que sucedem à ligação de S; e) a variação da temperatura da água 10 min após S ser ligada. 40) O circuito representado é formado pelo gerador de F.E.M. 60V, resistência interna 1² e por resistores. Determine a corrente no resistor de 9² e a diferença de potencial entre os pontos A e B. 41) Uma bateria comercial de 1,5V é utilizada no circuito esquematizado a seguir, no qual o amperímetro e o voltímetro são considerados ideais. Varia-se a resistência R, e as correspondentes indicações do amperímetro e do voltímetro são usadas para construir o seguinte gráfico de voltagem (V) versus intensidade de corrente (I). Usando as informações do gráfico, calcule: a) o valor da resistência interna da bateria; b) a indicação do amperímetro quando a resistência R tem o valor 1,7². 42) Uma bateria possui força eletromotriz e resistência interna R³. Para determinar essa resistência, um voltímetro foi ligado aos dois pólos da bateria, obtendo-se V³ = (situação I). Em seguida, os terminais da bateria foram conectados a uma lâmpada. Nessas condições, a lâmpada tem resistência R = 4 ² e o voltímetro indica VÛ (situação II), de tal forma que V³ / VÛ = 1,2. A partir dos resultados dessa experiência, qual o valor de R 0?