Educando para a Modernidade desde 1967 CONSUMO DE ENERGIA ELÉTRICA 1) Uma lâmpada de potência 60 W fica acesa durante 10 h por dia. (A) Qual é a energia elétrica, em kwh, que a lâmpada consome em um mês (30 dias)? (B) Sabendo-se que o preço de 1 kwh de energia elétrica é de R$ 0,40, qual é o custo mensal da energia elétrica consumida pela lâmpada? (C) Sendo de 127 V a ddp aplicada à lâmpada, qual é a intensidade da corrente elétrica que a atravessa? ESCOLA ESTADUAL JOÃO XXIII A Escola que a gente quer é a Escola que a gente faz! NATUREZA DA ATIVIDADE: EXERCÍCIOS DE FIXAÇÃO - ELETRODINÂMICA DISCIPLINA: FÍSICA ASSUNTO: CONSUMO DE ENERGIA ELÉTRICA, INSTRUMENTOS DE MEDIDA, RELAÇÃO ENTRE CALORIMETRIA E ELETRICIDADE, RELAÇÃO ENTRE ENERGIA CINÉTICA E POTÊNCIA, FONTES DE ENERGIA, ELETRÓLISE E FÍSICA PROFESSORA: MARILENE MARIA DE CARVALHO ALUNO (A): 6) Numa residência cuja voltagem constante é 200 V são ligadas dez lâmpadas em paralelo, cada uma de resistência igual a 400 Ω. (A) Explique pelo menos um inconveniten possível de ser observado se a ligação for feita em série. (B) Qual a energia consumida pelas lâmpadas nessa residência durante vinte dias, se cada uma delas ficar acesa 5 h por dia? (C) Se uma das lâmpadas queimar, qual será a alteração na potência dissipada em cada uma das lâmpadas? Nessa caso, haverá alteração na corrente que percorre cada lâmpada? 2) Um chuveiro elétrico, ligado em 120V, é percorrido por uma corrente elétrica de 10A, durante de 10 minutos. Quantas horas levaria uma lâmpada de 40W, ligada nesta rede, para consumir a mesma energia elétrica que foi consumida pelo chuveiro? (A) 6 horas. (B) 5 horas. (C) 4 horas. (D) 3 horas. 3) Atualmente, a maioria dos aparelhos eletrônicos, mesmo quando desligados, mantêm-se em standby, palavra inglesa que, nesse caso, significa pronto para usar. Manter o equipamento nesse modo de operação reduz o tempo necessário para que volte a operar e evita o desgaste provocado nos circuitos internos devido a picos de tensão que aparecem no instante em que é ligado. Em outras palavras, um aparelho nessa condição está sempre parcialmente ligado e, por isso, consome energia. Suponha que uma televisão mantida em standby dissipe uma potência de 12 watts e que o custo do quilowatt-hora é R$ 0,50. Se ela for mantida em standby durante um ano (adote 1 ano = 8800 horas), o custo do consumo de energia será, aproximadamente, de 7) Uma residência é atendida por uma tensão de alimentação de 100 V. Estão ligados simultaneamente à rede de alimentação, em ligação em paralelo, um ferro elétrico de 100 V/500 W, um chuveiro de 200 V/2000 W e uma lâmpada incandescente de 100 V/250 W. Considerando desprezível a resistência dos fios de ligação, pede-se calcular (A) a resistência elétrica equivalente da ligação. (B) a intensidade total de corrente. (C) a potência total dissipada pelo circuito. (D) a energia elétrica, em kwh, consumida pelos três dispositivos durante 24 h de utilização. 8) Um chuveiro elétrico com resistência igual a 5 Ω é conectado a uma rede elétrica que fornece 120 V de tensão eficaz. Determine a energia elétrica, em kwh, consumida pelo chuveiro durante 10 minutos. 9) A tabela abaixo mostra a quantidade de alguns dispositivos elétricos de uma casa, a potência consumida por cada um deles e o tempo efetivo de uso diário no verão. (A) R$ 1,00. (B) R$ 10,00. (C) R$ 25,00. (D) R$ 50,00. 4) Quantas horas uma lâmpada de 60 W poderia ficar acessa se consumisse a mesma energia elétrica de um chuveiro elétrico de potência 4.500 W, durante um banho de 20 minutos? 5) Quem consome mais energia elétrica: uma lâmpada de 100 W que fica ligada 0,5 h ou um liquidificador de 450 W que fica ligado durante 8 minutos? Sabendo que o custo de 1 kwh é igual a R$ 0,50, durante 30 dias do verão, o gasto total com esses dispositivos, em reais, é cerca de (A) 234 (B) 513 (C) 666 (D) 1026
10) O quadro abaixo apresenta os equipamentos elétricos de maior utilização em uma certa residência e os respectivos tempos médios de uso/funcionamento diário, por unidade de equipamento. Todos os equipamentos estão ligados em uma única rede elétrica alimentada com a voltagem de 220 V. Para proteção da instalação elétrica da residência, ela está ligada a um disjuntor, isto é, uma chave que abre, interrompendo o circuito, quando a corrente ultrapassa um certo valor. 12) Na bateria de um veiculo existem as seguintes características: 12 V e 60 A.h (ampère-hora). Os quatro faróis deste veículo foram deixados acesos. A potência da lâmpada de cada farol é de 60 W. Quanto tempo depois de acesos a bateria poderá descarregar completamente? (A) 1 h. (B) 2 h. (C) 4 h. (D) 3 h. (E) 12 h. 13) Vamos supor que num dia frio você coloca a chave seletora do seu chuveiro elétrico na posição "inverno". Considere que a potência elétrica do chuveiro seja de 5.600 W e que seu banho tenha a duração de 15 minutos. Assinale as CORRETAS resposta. e dê a SOMA como 01. Somente os dois chuveiros elétricos consomem 195 kwh em trinta dias. 02. Considerando os equipamentos relacionados, o consumo total de energia elétrica em 30 dias é igual a 396 kwh. 04. É possível economizar 32,5 kwh em trinta dias, diminuindo em 5 minutos o uso diário de cada chuveiro. 08. Se os dois chuveiros forem usados simultaneamente, estando ligados em uma mesma rede e com um único disjuntor, este teria que suportar correntes até 40 A. 16. Em trinta dias, se o kwh custa R$ 0,20, a despesa correspondente apenas ao consumo das lâmpadas, é R$ 16,32. 32. Em 30 dias, o consumo de energia da geladeira é menor do que o consumo total dos dois televisores. 64. Em 30 dias, o consumo de energia das lâmpadas é menor do que o consumo da geladeira. 11) Em uma mistura de água e gelo mergulham-se dois resistores em paralelo, sendo um de 5 Ω e outro de resistência desconhecida, como indica a figura. (A) Calcule a energia elétrica consumida durante o banho. (B) Qual é o custo da energia elétrica consumida durante o banho. Considere que 1xkWh custa R$ 0,40. (C) Considerando que em sua casa morem quatro pessoas, que tomam um banho por dia, de 15 minutos cada, com a chave na posição inverno, qual é o gasto mensalx(30 dias)? (D) Passando a chave seletora para a posição "verão", a potência do chuveiro diminui para 3.200 W. Considerando ainda a casa com 4 pessoas, tomando um banho diário de 15 minutos cada, qual será a economia durante um mês na "conta de luz"? O preço de 1 kwh continua R$ 0,40. 14) A potência de um aparelho elétrico que consome a energia de 2,5 kwh em 10 minutos é (A) 15 kw (B) 0,41 kwh (C) 25kW (D) 15 kwh (E) 25 kwh 15) Uma solução aquosa de sulfato de zinco foi submetida à eletrólise, com eletrodos inertes, por 6 horas. O gráfico ilustra a variação da corrente elétrica com o passar do tempo para o processo. A potência total dissipada nos resistores é igual a 2,5.10 3 W e a diferença de potencial entre os pontos A e B é 100 V. (A) Calcule o valor da resistência R. (B) Sabendo que o equilíbrio entre a água e o gelo se mantém durante 34 s de funcionamento do circuito, calcule a energia elétrica, em J, durante esse período. (C) Calcule a massa de gelo que se funde nesse intervalo de tempo. Dado: calor latente de fusão do gelo = 3,4.10 5 J.kg -1. Marque a opção que indica a massa, em gramas, de zinco depositada no catodo durante o processo. (A) 18,3 (B) 36,6 (C) 6,54 (D) 65,4
16) O setor agropecuário, nos últimos anos, vem passando por grandes transformações. Atualmente, as propriedades rurais são dotadas de um bom nível de conforto, o que anteriormente era privilégio somente dos habitantes urbanos. Sem dúvida, a energia elétrica é a principal responsável por essa modernização. Ela permite desde a implantação de motores elétricos, que aumentam a capacidade produtiva da fazenda, até uma iluminação eficiente bem como a utilização de aparelhos de comunicação, como rádio, telefone, TV e vários outros, proporcionando melhor qualidade de vida e reduzindo o êxodo rural. Dessa maneira, a construção de usinas de pequeno porte pode ser uma alternativa para o fornecimento de energia elétrica para pequenas propriedades rurais. Em granjas, por exemplo, é comum a utilização de chocadeiras de ovos. Uma chocadeira de ovos comum necessita de quatro lâmpadas de 40 W - 120 V para aquecer o ambiente interno. Essas lâmpadas devem ficar ligadas 24 horas. 19) O Sol emite uma enorme quantidade de energia da qual uma parte em um bilhão alcança a Terra. Não obstante, a quantidade de energia radiante recebida a cada segundo por metro quadrado perpendicular aos raios solares, no topo da atmosfera, é de 1400 joules (1,4 kj). Essa quantidade de energia recebida a cada segundo por unidade de área é chamada de constante solar. Isso é equivalente, em unidades de potência, a 1,4 quilowatts por metro quadrado (1,4 kw/m²). O valor da potência solar que atinge o solo é atenuado pela atmosfera e reduzida pelos ângulos de elevação solar não perpendicular à superfície. Há, também, é claro, a falta de luz durante a noite. A potência solar média recebida nos Estados Unidos, considerando-se dia e noite, verão e inverno, é cerca de 15 % de potência incidente nas partes altas da atmosfera. (Texto adaptado de HEWWITT, P.G. Física Conceitual. 9ª Edição, 2012) 19.1) Considerando-se um chuveiro com potência de 4200 W, a superfície necessária, em solo dos Estados Unidos, para suprir a potência desse equipamento com energia solar radiante teria uma área de, aproximadamente, De acordo com o texto, assinale a alternativa CORRETA. (A) Utilizando-se a usina hidroelétrica e supondo que as lâmpadas da chocadeira estão associadas em paralelo, é possível fornecer energia elétrica para 150 chocadeiras por dia. (B) Na tabela acima a capacidade de geração está relacionada à potência elétrica gerada em cada tipo de usina. (C) Na usina eólica, a energia é do tipo não renovável. (D) Supondo que a tensão permaneça constante na associação das lâmpadas da chocadeira, a potência total será a mesma independente de a ligação ser em série ou em paralelo. (E) Supondo que a tensão elétrica obtida gerada a partir de painéis fotovoltaicos seja contínua e igual a 220 V, se ligarmos as lâmpadas da chocadeira em série, nesta tensão elas funcionarão normalmente. (A) 1 m². (B) 2 m². (C) 5 m². (D) 20 m². 19.2) A energia solar incidente nas partes altas da atmosfera em cada 100 segundos sobre cada km² é de, aproximadamente, (A) 1,4.10 8 J. (B) 1,4.10 11 J. (C) 1,4.10 6 kj. (D) 1,4.10 3 kj. 20) O resistor R de 1,2 W, representado no esquema, está imerso em gelo a 0ºC e a intensidade da corrente medida pelo amperímetro A é de 10 A. Sabendo que o calor latente de fusão do gelo é próximo de 3,6.10 es J/kg, calcule 17) Considere um resistor de resistência elétrica igual a 10 Ω conectado a uma fonte com uma diferença de potencial de 100 V. O calor liberado pelo resistor é, então, utilizado para derreter um bloco de gelo de 100 g a 0 ºC. Quantos segundos serão necessários para derretê-lo totalmente? Despreze a parte fracionária do resultado e considere o calor latente de fusão do gelo igual a 80 cal/g e utilize a aproximação: 1 cal = 4,2 J. 18) Um aquecedor elétrico de 8000 W/220 V apresenta um rendimento de 80 %, fornecendo uma vazão de 0,08 L/s de água. Se o aquecedor for ligado a uma tomada de 110 V, qual a temperatura da água na saída do aquecedor, sabendo-se que ela entra no aparelho a uma temperatura de 22 ºC? (Dados: 1 J = 0,24 cal, calor específico da água = 1 cal/g.ºc, densidade da água = 1 kg/l. (A) a força eletromotriz (E) da bateria ideal (B). (B) o tempo mínimo necessário para fundir 100 g de gelo.
21) No anúncio promocional de um ferro de passar roupas a vapor, é explicado que, em funcionamento, o aparelho borrifa constantemente 20 g de vapor de água a cada minuto, o que torna mais fácil o ato de passar roupas. Além dessa explicação, o anúncio informa que a potência do aparelho é 1440 W e que sua tensão de funcionamento é de 110 V. Jorge comprou um desses ferros e, para utilizá-lo, precisa comprar também uma extensão de fio que conecte o aparelho a uma única tomada de 110 V disponível no cômodo em que passa roupas. As cinco extensões que encontra à venda suportam as intensidades de correntes máximas de 5 A, 10 A, 15 A, 20 A e 25 A, e seus preços aumentam proporcionalmente às respectivas intensidades. Sendo assim, a opção que permite o funcionamento adequado de seu ferro de passar em potência máxima, sem danificar a extensão de fio e que seja a de menor custo para Jorge, será a que suporta o máximo de 23) Os dispositivos que medem diretamente a corrente, a tensão e a resistência elétrica são denominados de amperímetro, voltímetro e ohmímetro, respectivamente. É bastante comum a inclusão de todos esses medidores em um único aparelho, o multímetro, no qual a seleção da medição elétrica é feita através de uma chave. Muitos multímetros são aptos a medir corrente e tensão contínuas ou alternadas. A figura a seguir mostra um multímetro digital. O símbolo ~ indica que o sinal de entrada (tensão ou corrente) medido é alternado, e o símbolo -, que o sinal é contínuo. Quando os dois símbolos aparecem juntos, significa que o sinal pode ser alternado ou contínuo. (A) 5 A. (B) 10 A. (C) 15 A. (D) 20 A. (E) 25 A. 22) Assinale a alternativa que apresenta CORRETAMENTE as transformações de energia na usina termoelétrica. (A) A energia térmica do combustível transforma-se em energia mecânica na turbina e, em seguida, em energia elétrica no gerador. (B) A energia mecânica do combustível transforma-se em energia térmica na turbina e, em seguida, em energia elétrica no gerador. (C) A energia elétrica do combustível transforma-se em energia mecânica na turbina e, em seguida, em energia térmica no gerador. (D) A energia térmica do combustível transforma-se em energia elétrica na turbina e, em seguida, em energia mecânica no gerador. (E) A energia mecânica do combustível transforma-se em energia elétrica na turbina e, em seguida, em energia térmica no gerador. Para medir a tensão em uma tomada de energia elétrica de sua casa, um estudante deve interligar um dos terminais da tomada ao borne COM desse multímetro. O outro terminal da tomada deve ser conectado ao borne.
24) A figura mostra como se pode dar um banho de prata em objetos, como, por exemplo, em talheres. O dispositivo consiste de uma barra de prata e do objeto que se quer banhar imersos em solução condutora de eletricidade. Considere que uma corrente de 6,0 A passa pelo circuito e que cada Coulomb de carga transporta aproximadamente 1,1 mg de prata. 26) Uma partícula eletrizada de massa m = 4.10-8 kg parte do repouso num campo elétrico uniforme de intensidade 5,0 V/m e, num percurso de 5,0 cm, adquire energia cinética igual a 2.10 12 ev. Determine (A) a carga elétrica da partícula. (B) a ddp entre os pontos extremos do percurso. (C) a velocidade da partícula ao final do percurso. 27) Quatro lâmpadas idênticas L, de 110 V, devem ser ligadas a uma fonte de 220 V a fim de produzir, sem queimar, a maior claridade possível. Qual a ligação mais adequada? (A) Calcule a carga que passa nos eletrodos em uma hora. (B) Determine quantos gramas de prata são depositados sobre o objeto da figura em um banho de 20 minutos. 25) Um eletricista dispõe de 4 lâmpadas para iluminar uma sala. Qual das opções abaixo que ilustram a ligação das lâmpadas à caixa de força do imóvel, fornecerá maior quantidade de luz à sala? 28) A instalação elétrica ilustrada na figura a seguir permite que se acenda ou se apague a lâmpada usando tanto o interruptor I quanto o interruptor II. No interruptor I, a chave pode ser conectada nas posições 1 ou 2, enquanto que, no interruptor II, nas posições 3 ou 4. Uma pessoa acendeu a lâmpada antes de começar a subir a escada e a apagou ao chegar ao topo. Enquanto a pessoa sobe a escada com a lâmpada acesa, quais são as possíveis posições das chaves nos interruptores I e II? Obs.: A figura representa um elemento que estabelece ddp no circuito (gerador).
29) O Programa Brasileiro de Etiquetagem (PBE) visa à conservação de energia, e atua por meio de etiquetas informativas, com o objetivo de alertar o consumidor quanto à eficiência energética de alguns dos principais eletrodomésticos nacionais. Na etiqueta abaixo são fornecidas informações sobre uma lavadora automática cujo ciclo de lavagem é de 10 minutos. 31) Um carro solar é um veículo que utiliza apenas a energia solar para a sua locomoção. Tipicamente, o carro contém um painel fotovoltaico que converte a energia do Sol em energia elétrica quer, por sua vez, alimenta um motor elétrico. A imagem mostra o carro solar Tokai Challegner, desenvolvido na Universidade de Tokai, no Japão, e que venceu o World Solar Challeng de 2009, uma corrida internacional de carros solares, tendo atingido uma velocidade média acima de 100 km/h. Considere uma região plana onde a insolação (energia solar por unidade de tempo e de área que chega à superfície da Terra) seja de 1000 W/m², que o carro solar possua massa de 200 kg e seja construído de forma que o painel fotovoltaico em seu topo tenha uma área de 9,0 m² e rendimento de 30 %. Desprezando as forças de resistência do ar, o tempo que esse carro solar levaria, a partir do repouso, para atingir a velocidade de 108 km/h é um valor mais próximo de O aparelho que, ligado durante 10 minutos, transforma a mesma energia que a lavadora, em um ciclo, é (A) um secador de 110 V 370 W. (B) uma lâmpada de 220 V 100 W. (C) um chuveiro de 220 V 2500 W. (D) um aquecedor de 220 V 2200 W. (E) um rádio de 110 V 37 W. 30) Uma cidade do Brasil tem um consumo anual de energia elétrica da ordem de 1600 GWh. Esse valor equivale, aproximadamente, a 0,4 % da energia elétrica total produzida, no Brasil, em um ano. Considere a tabela a seguir, com o nome, o símbolo e o fator multiplicador de alguns prefixos usados na Física. (A) 1,0 s. (B) 4,0 s. (C) 10 s. (D) 33 s. (E) 300 s. 32) Uma estudante que ingressou na universidade e, pela primeira vez, está morando longe da sua família, recebe a sua primeira conta de luz: Se essa estudante comprar um secador de cabelos que consome 1000 W de potência e considerando que Com as informações do texto e da tabela, conclui-se que a energia elétrica total gerada no Brasil, em um ano, é um valor próximo de (A) 400.10 6 kwh (B) 400.10³ MWh (C) 400 GWh (D) 400 TWh (E) 4 TWh ela e suas 3 amigas utilizem esse aparelho por 15 minutos cada uma durante 20 dias no mês, o acréscimo em reais na sua conta mensal será de (A) R$ 10,00 (B) R$ 12,50 (C) R$ 13,00 (D) R$ 13,50 (E) R$ 14,00
33) O relógio de luz é um medidor da energia elétrica consumida em uma residência. O medidor de ponteiros é constituído de quatro reloginhos. O sentido de movimento dos ponteiros é o sentido crescente de numeração. Inicie a leitura pelo 1º relógio à esquerda e, a seguir, leia os demais da esquerda para a direita. A leitura é sempre o último algarismo ultrapassado pelo ponteiro no seu sentido de rotação. O valor obtido é expresso em kwh. Assim, no dia 10 de junho os reloginhos de uma residência apresentaram o seguinte aspecto: A leitura é, então, 4627 kwh. A figura abaixo representa o aspecto dos reloginhos depois de um mês, isto é, no dia 10 de julho: Sejam: E a energia elétrica consumida entre os dias 10 de junho e 10 de julho; C o custo da energia elétrica consumida durante um mês por um chuveiro elétrico dessa residência, que funciona 1,0 hora por dia. A potência do chuveiro é de 4,0.10³ W e o preço de 1 kwh é de R$ 0,29. Assinale a alternativa correta. RESPOSTAS: 1) (A) 18 kwh (B) R$ 7,20 (C) aproximadamente 0,47 A 2) B 3) D 4) 25 horas 5) Nas condições descritas o liquidificador consome mais energia elétrica. 6) (A) Se uma das lâmpadas queimar, todas as outras se apagam. (B) 100 kwh. (C) A potência dissipada em cada lâmpada e a corrente que percorre cada uma delas não se alteram porque, em paralelo, as lâmpadas continuam submetidas à mesma potência elétrica. 7) (A) 8 Ω (B) 12,5 A (C) 1250 W (D) 30 kwh 8) 0,48 kwh 9) B 10) 23 11) (A) 20 Ω (B) 85000 J (C) 0,25 kg 12) D 13) (A) 1,4 kwh (B) R$ 0,56 (C) R$ 67,20 (D) R$ 28,80 14) A 15) B 16) A 17) 33,6 s 18) 26,8 ºC 19) 19.1) D 19.2) B 20) (A) 12 V (B) 5 min 21) C 22) A 23) C 24) (A) 21600 C (B) 7,92 g 25) E 26) (A) 1,8 µc (B) 0,25 V (C) 4 m/s 27) C 28) 1 e 3; 2 e 4 29) D 30) D 31) D 32) B 33) D