TEXTO PARA A PRÓXIMA QUESTÃO: Ao construir a primeira bateria, no fim de 1799, quando não era conhecida a existência de átomos, íons ou elétrons, Alexandre Volta tentava replicar os órgãos que produzem energia no peixe-elétrico ou na raia-elétrica, segundo observa Giuliano Pancaldi, historiador de ciência da Universidade de Bolonha, na Itália. A tendência de a carga elétrica migrar entre diferentes substâncias era conhecida por Volta, entretanto, não sabia ele que em sua bateria, as cargas positivas se moviam no sentido oposto ao do fluido elétrico do lado externo. Somente um século depois dessa descoberta, os especialistas chegaram a um consenso sobre o funcionamento de baterias, que hoje têm a mesma estrutura básica de 1799. Durante o funcionamento de uma bateria, os átomos do ânodo liberam elétrons que alcançam um cátodo ávido por essas partículas. Os átomos do ânodo, despojados de elétrons tornam-se íons positivos e são atraídos na direção dos elétrons que se acumulam no cátodo. Para recarregar uma bateria, o procedimento é inverso. (CASTELVECCHI, 009, p. 59). 1. (Ufba 011) A partir da análise dessas informações e com base em conhecimentos das Ciências Naturais, é correto afirmar: 01) O fluido elétrico da bateria de Volta é constituído por partículas que têm a mesma carga das partículas que formam os raios catódicos em lâmpadas fluorescentes. 0) Seres vivos que geram descargas elétricas, como certas espécies de peixes, obtêm energia metabólica, realizando um processo que é exclusivo da Classe Pisces. 04) A descoberta dos elétrons, no início do século XX, ocorreu durante a famosa experiência da lâmina de ouro, realizada por Ernest Rutherford. 08) A produção de energia elétrica por peixes evidencia o aproveitamento total da energia incorporada a partir dos alimentos. 16) Uma bateria com força eletromotriz de 1,0V e resistência elétrica interna igual a 0,5Ω, pode fornecer uma corrente elétrica com intensidade de, no máximo, 4,0A quando seus terminais estão unidos através de um fio de resistência desprezível. 3) Uma bateria de telefone celular, com carga de 1,1Ah e tempo de duração de 150,0min, fornece corrente elétrica de intensidade média igual a 440,0mA. (01 + 16 + 3) = 49. 01) Resposta de Física. Correta. O fluido elétrico da bateria de Volta é formado por elétrons livres. Os raios catódicos também são formados por feixe de elétrons. Portanto, ambos têm mesma carga. 04) Resposta de Física. Incorreta. A descoberta do elétron deve-se aos experimentos com raios catódicos (feixe de elétrons) realizados por J. J. Thomson. A experiência da lâmina de ouro de Rutherford resultou no modelo planetário do átomo. Página 1 de 10
08) Resposta de Física. Incorreta. A energia incorporada a partir dos alimentos é usada para o peixe para suas atividades (manter-se vivo, nadar), e pode, eventualmente, ser parcialmente transformada em energia elétrica. 16) Resposta de Física. Correta. Da primeira lei de Ohm: U 1 U R i i 4 A. R 0,5 3) Resposta de Física. Correta. Dados: Q = 1,1 Ah; t = 150 min =,5 h. Da definição de corrente elétrica: Q 1,1 A h i i 0,44 A 440 ma. t,5 h. (Ufpe 013) Um fio metálico e cilíndrico é percorrido por uma corrente elétrica constante de 0,4 A. Considere o módulo da carga do elétron igual a 1,6 10 C. Expressando a ordem de grandeza do número de elétrons de condução que atravessam uma seção transversal do fio em 60 segundos na forma 10 N, qual o valor de N? 19 0. Da definição de corrente elétrica: Q n e i Δt 0,4 60 0 i i n n 1,5 10. Δt Δt e 19 1,6 10 N 0 10 10 N 0. 3. (G1 - cftmg 013) O meio que conduz melhor a eletricidade é a(o) a) ar, devido à facilidade de propagar o relâmpago. b) metal, porque possui maior número de cargas livres. c) plástico, pois deriva-se do petróleo, grande fonte de energia. d) madeira, uma vez que as árvores atraem raios em dias de tempestade. [B] Os melhores condutores de eletricidade são os metais porque possuem os elétrons da camada mais externa mais fracamente ligados ao núcleo, sendo facilmente transportados, quando se estabelece uma diferença de potencial entre os terminais do condutor. Página de 10
4. (Espcex (Aman) 013) Quatro lâmpadas ôhmicas idênticas A, B, C e D foram associadas e, em seguida, a associação é ligada a um gerador de energia elétrica ideal. Em um dado instante, a lâmpada A queima, interrompendo o circuito no trecho em que ela se encontra. As lâmpadas B, C e D permanecem acesas, porém o brilho da lâmpada B aumenta e o brilho das lâmpadas C e D diminui. Com base nesses dados, a alternativa que indica a associação formada por essas lâmpadas é: a) b) c) d) e) [C] Se A queima e as outras não se apagam, elas não podem estar em série, e, se o brilho delas se altera, elas não podem estar as quatro em paralelo. Como o brilho de B aumenta, a corrente em B aumenta; como o brilho de C e D diminui, a corrente nelas diminui, implicando que a resistência equivalente do circuito aumenta. Essas análises nos levam à alternativa [C]. 5. (G1 - cftmg 01) A corrente elétrica nos materiais sólidos, líquidos e gasosos depende da existência de grande quantidade de portadores de carga elétrica livres. Dos materiais apresentados a seguir, aquele que atende a essa condição é a) a água pura, no estado líquido. b) o ar atmosférico, em um dia bem seco. c) o diamante puro, em estado sólido natural. d) o alumínio sólido, à temperatura ambiente. Página 3 de 10
[D] Das substâncias apresentadas, a única condutora é o alumínio sólido, à temperatura ambiente. 6. (Ufpa 011) O acelerador de partículas LHC, o Grande Colisor de Hadrons (Large Hadron Collider), recebeu da imprensa vários adjetivos superlativos: a maior máquina do mundo, o maior experimento já feito, o big-bang recriado em laboratório, para citar alguns. Quando o LHC estiver funcionando a plena capacidade, um feixe de prótons, percorrendo o perímetro do anel circular do acelerador, irá conter 10 14 prótons, efetuando 10 4 voltas por segundo, no anel. Considerando que os prótons preenchem o anel uniformemente, identifique a alternativa que indica corretamente a corrente elétrica que circula pelo anel. 19 Dado: carga elétrica do próton 1,6 10 C a) 0,16 A 15 b) 1,6 10 A 9 c) 1,6 10 A 9 d) 1,6 10 A 3 e) 1,6 10 A [A] A corrente elétrica é dada pela razão entre a carga que passa por unidade de tempo. A cada segundo passam 10 14 prótons, 10 4 vezes. Assim, a intensidade da corrente elétrica é: 14 4 19 Q 10 10 1,6 10 i i 0,16 A. t 1 7. (Uff 011) Em dias frios, o chuveiro elétrico é geralmente regulado para a posição inverno. O efeito dessa regulagem é alterar a resistência elétrica do resistor do chuveiro de modo a aquecer mais, e mais rapidamente, a água do banho. Para isso, essa resistência deve ser a) diminuída, aumentando-se o comprimento do resistor. b) aumentada, aumentando-se o comprimento do resistor. c) diminuída, diminuindo-se o comprimento do resistor. d) aumentada, diminuindo-se o comprimento do resistor. e) aumentada, aumentando-se a voltagem nos terminais do resistor. [C] Página 4 de 10
Como a tensão (U) é constante, a potência (P) varia com a resistência (R) de acordo com a expressão: U P = R. Mas a ª lei de Ohm afirma que a resistência de um condutor depende da resistividade do material (ρ ), é diretamente proporcional ao comprimento (L) e inversamente a área da secção transversal (A), ou seja: L R =. A Combinando essas expressões: UA P. L Concluímos dessa expressão resultante, que a potência dissipada é inversamente proporcional ao comprimento do resistor. Portanto, para aquecer a água do banho mais rapidamente a resistência deve ser diminuída, diminuindo-se o comprimento do resistor. 8. (Fuvest 010) Medidas elétricas indicam que a superfície terrestre tem carga elétrica total negativa de, aproximadamente, 600.000 coulombs. Em tempestades, raios de cargas positivas, embora raros, podem atingir a superfície terrestre. A corrente elétrica desses raios pode atingir valores de até 300.000 A. Que fração da carga elétrica total da Terra poderia ser compensada por um raio de 300.000 A e com duração de 0,5 s? a) 1 b) 1 3 c) 1 4 1 d) 10 1 e) 0 [C] A carga transferida no raio é: Q = i t = 300.000(0,5) = 150.000 C. Q 150.000 1 A fração pedida é:. Q 600.000 4 Terra Página 5 de 10
9. (Ufpe 010) O gráfico mostra a variação da corrente elétrica I, em ampère, num fio em função do tempo t, em segundos. Qual a carga elétrica, em coulomb, que passa por uma seção transversal do condutor nos primeiros 4,0 segundos? 10C. A carga é dada pela área do trapézio, sob a curva no intervalo de tempo entre 0 e 4,0 s, como mostrado na figura. Portanto: 4 1 Q 4 Q 10 C. 10. (Ufop 010) Em uma tarde de tempestade, numa região desprovida de para-raios, a antena de uma casa recebe uma carga que faz fluir uma corrente de 1, x 10 4 A, em um intervalo de tempo de 5 x 10-6 s. Qual a carga total transferida para a antena? a) 0,15 C b) 0, C c) 0,48 C d) 0,3 C Página 6 de 10
[D] 4 6 Q i t 1, 10 5 10 Q 0,3 C. 11. (Enem ª aplicação 010) A resistência elétrica de um fio é determinada pela suas caracteriza a dimensões e pelas propriedades estruturais do material. A condutividade estrutura do material, de tal forma que a resistência de um fio pode ser determinada conhecendo-se L, o comprimento do fio e A, a área de seção reta. A tabela relaciona o material à sua respectiva resistividade em temperatura ambiente. Tabela de condutividade Material Condutividade (S m/mm ) Alumínio 34, Cobre 61,7 Ferro 10, Prata 6,5 Tungstênio 18,8 Mantendo-se as mesmas dimensões geométricas, o fio que apresenta menor resistência elétrica é aquele feito de a) tungstênio. b) alumínio. c) ferro. d) cobre. e) prata. [E] O fio que apresenta menor resistência é aquele que apresenta maior condutividade. Pela tabela, vemos que é aquele feito de prata. 1. (Uepg 010) A respeito da resistência elétrica apresentada pelos condutores e de resistores elétricos, assinale o que for correto. 01) Resistor é um dispositivo elétrico especialmente construído para impedir a passagem da corrente elétrica. 0) Dobrando o comprimento de um condutor e mantendo a sua área de secção transversal, sua resistência dobra, porém sua resistividade se reduz à metade. 04) Lâmpadas ligadas em série tem suas intensidades luminosas reduzidas à medida que no circuito se acrescentam novas lâmpadas. 08) A resistência elétrica de um condutor depende de suas dimensões, da sua condutividade e da sua temperatura. Página 7 de 10
04 + 08 = 1 (01) Errada. Resistor é um dispositivo elétrico para CONTROLAR a intensidade da corrente elétrica. (0) Errada. A resistividade de um material só depende dele próprio e de sua temperatura. (04) Correta. Quando se acrescentam novas lâmpadas em série, aumenta-se a resistência equivalente do conjunto, diminuindo a corrente. Como P = Ri, reduz-se também a potência dissipada em cada uma delas, diminuindo as intensidades luminosas. (08) Correta. De acordo com a Segunda Lei de Ohm, a resistência depende: do material de que é feito o condutor, das dimensões do condutor e da temperatura. 13. (Ufu 010) Um fio de comprimento e possui uma dada resistividade elétrica. Quando esse fio é conectado nos terminais de uma bateria, ele é percorrido por uma corrente i. O fio é cortado ao meio e colocado em paralelo nos terminais da mesma bateria. A corrente que circula por cada metade do fio, nesse caso, será de: a) i b) 3i c) 4i d) 8i [A] As figuras 1 e ilustram a situação descrita. R i R i i i R + + U U Fig 1 Fig Consideremos que na Fig 1 a resistência elétrica do fio é R e a corrente é i. Sendo U a ddp fornecida pela bateria, aplicando a 1ª lei de Ohm, vem: i = U R. De acordo com a ª lei de Ohm, a resistência elétrica é diretamente proporcional ao comprimento Então, ao se cortar o fio ao meio, a resistência elétrica de cada pedaço é metade da resistência do fio inteiro, ou seja: R 1 = R = R. Página 8 de 10
Colocando-se os dois pedaços em paralelo como na Fig, a resistência do circuito é: R R R'. 4 A corrente i no circuito é, então: U = U U 4 U R' R 4 R U = 4 i. As correntes nos pedaços são: i' 4i i 1 = i = i 1 = i = i 14. (Enem 009) O manual de instruções de um aparelho de ar-condicionado apresenta a seguinte tabela, com dados técnicos para diversos modelos: Capacidade de refrigeração kw/(btu/h) Potência (W) Corrente elétrica - ciclo frio (A) Eficiência energética COP (W/W) Vazão de ar (m 3 /h) Frequência (Hz) 3,5/(1.000) 1.193 5,8,95 550 60 5,4/(18.000) 1.790 8,7,95 800 60 5,4/(18.000) 1.790 8,7,95 800 60 6,45/(.000).188 10,,95 960 60 6,45/(.000).188 10,,95 960 60 Considere-se que um auditório possua capacidade para 40 pessoas, cada uma produzindo uma quantidade média de calor, e que praticamente todo o calor que flui para fora do auditório o faz por meio dos aparelhos de ar-condicionado. Nessa situação, entre as informações listadas, aquelas essenciais para se determinar quantos e/ou quais aparelhos de ar-condicionado são precisos para manter, com lotação máxima, a temperatura interna do auditório agradável e constante, bem como determinar a espessura da fiação do circuito elétrico para a ligação desses aparelhos, são a) vazão de ar e potência. b) vazão de ar e corrente elétrica - ciclo frio. c) eficiência energética e potência. d) capacidade de refrigeração e frequência. e) capacidade de refrigeração e corrente elétrica ciclo frio. [E] Para se determinar quantos aparelhos são necessários, deve-se conhecer a capacidade de refrigeração do modelo a ser instalado. Quanto mais aparelhos são instalados, maior a corrente puxada da rede, necessitando de fios de diâmetro cada vez maior. Para tal, é necessário determinar a intensidade da corrente elétrica de alimentação dos aparelhos. Página 9 de 10
15. (Unesp 009) Os valores nominais de uma lâmpada incandescente, usada em uma lanterna, são: 6,0 V; 0 ma. Isso significa que a resistência elétrica do seu filamento é de a) 150 Ω, sempre, com a lâmpada acesa ou apagada. b) 300 Ω, sempre, com a lâmpada acesa ou apagada. c) 300 Ω, d) 300 Ω e) 600 Ω, com a lâmpada acesa e tem um valor bem maior quando apagada. [D] Da 1ª lei de Ohm: U 6 U R i R R 300. 3 i 0 10 Quando a lâmpada está apagada, a temperatura do filamento (resistor) diminui, diminuindo ρ desse filamento. De acordo com a ª lei de Ohm, se a resistividade também a resistividade diminui, a resistência também diminui. 16. (Ufsm 003) Considere as seguintes afirmativas: I. Um dispositivo condutor obedece à lei de Ohm, quando sua resistência é independente do valor e da polaridade da diferença de potencial (ddp) aplicada. II. A relação entre a diferença de potencial (ddp) aplicada em um fio condutor e a corrente que nele circula define a lei de Ohm. III. A lei de Ohm diz que a resistência de um fio condutor é diretamente proporcional às suas dimensões. Está(ão) correta(s) a) apenas I. b) apenas II. c) apenas III. d) apenas I e II. e) apenas II e III. [D] I. Correta. Nesse caso, o resistor é ôhmico. II. Correta. Independente de a resistência ser constante ou variável, a primeira lei de Ohm é uma relação entre a ddp aplicada no condutor (U) e a corrente (i) que por ele circula: U R. i III. Incorreta. A segunda lei de Ohm afirma que a resistência de um resistor é diretamente proporcional ao seu comprimento e inversamente proporcional a área de sua secção transversal. Página 10 de 10