Nome Nº Ano/Série Ensino Turma 3 Médio Disciplinas Professores Natureza Trimestre/Ano Data da entrega Valor Física Carlos A8/TI 2º/201]6 02/08/2016 5,0 Introdução: Querido(a) aluno(a), Este material foi elaborado para que você tenha a oportunidade de revisar os assuntos que serão avaliados na prova trimestral de agosto. Siga as orientações de estudo e refaça as questões trabalhadas em sala de aula e no material didático. As questões complementares presentes nesse documento deverão ser entregues na data indicada, pois elas serão avaliadas e farão parte da sua nota de 2º trim. Conteúdos/Temas Indicações no material didático Associação de Resistores Capítulo 7 Geradores Elétricos Capítulo 9 Receptores Elétricos Capítulo 10 Força Elétrica Capítulo 1 Orientações para estudo Estabeleça um local agradável e adequado para estudar. Uma mesa e cadeira, com boa iluminação e longe de interferências externas. Estude a quantidade de horas necessárias para o entendimento da matéria. Reúna e analise as avaliações que tivemos neste 1º semestre. Após isso, faça o seguinte: Observando seus acertos e errocs, identifique os exercícios que você apresentou maiores dificuldades. Busque, em seu material, anotações, exemplos, exercícios ou problemas referentes ao que você destacou como dúvida ou dificuldade. Revise os capítulos de seu livro. Refaça exercícios comparando a sua resolução com o que já foi corrigido no seu livro ou caderno. Resolva os exercícios complementares de revisão, com atenção e seriedade, procurando sempre esclarecer todas as suas dúvidas. Participe efetivamente das aulas de revisão de agosto, aproveitando a presença do professor para sanar suas dúvidas. Apenas a visualização da resolução nos dá uma falsa ideia de entendimento. Portanto, não apenas acompanhe os exemplos e exercícios, copie-os, tente resolvê-los em seguida, faça a correção. Não utilize calculadora durante a resolução dos exercícios propostos. É importante ressaltar que o aprendizado de um assunto matemático exige o domínio de outros, pois o conhecimento do básico é imprescindível para compreender o complexo. Portanto, se necessário, faça uma revisão de conteúdos anteriores. Critérios de correção Os seguintes aspectos serão considerados na correção desse material: 1. Organização, legibilidade e qualidades gerais do material entregue. 2. Clareza e resolução completa (e correta) dos exercícios propostos em cada uma das partes.
Associação de Resistores Os resistores são utilizados como aquecedores em chuveiros elétricos, torneiras elétricas, ferros de passar roupa, torradeiras elétricas, etc. Eles são também usados para limitar a intensidade da corrente elétrica que passa por determinados componentes eletrônicos. É claro que nestas utilizações a finalidade não é dissipar energia elétrica, como ocorre nos aquecedores. a) Associação em série Entre os terminais A e B vamos aplicar uma ddp U. É possível substituir toda associação por um só resistor que produz o mesmo efeito. É o resistor equivalente. Na associação em série: 1) Todos os resistores são percorridos pela mesma intensidade de corrente i, inclusive o equivalente. 2) A ddp em cada resistor é diretamente proporcional à sua resistência elétrica: U1 = R1.i U2 = R2.i U3 = R3.i 3) A potência elétrica dissipada em cada resistor é diretamente proporcional à sua resistência elétrica: P1 = R1.i 2 P2 = R2.i 2 P3 = R3.i 2
4) A ddp total é a soma das ddps parciais: U = U1 + U2 + U3 5) A resistência equivalente é igual à soma das resistências associadas RS = R1 + R2 + R3 b) Associação em paralelo Entre os terminais A e B vamos aplicar uma ddp U. É possível substituir toda associação por um só resistor que produz o mesmo efeito. É o resistor equivalente. Na associação em paralelo: 1) Todos os resistores são submetidos à mesma ddp U, inclusive o equivalente. 2) A intensidade da corrente que percorre cada resistor é inversamente proporcional à sua resistência elétrica: i1 = U/R1 i2 = U/R2 i3 = U/R3 3) A potência elétrica dissipada em cada resistor é inversamente proporcional à sua resistência elétrica: P1 = U 2 /R1 P2 = U 2 /R2 P3 = U 2 /R3 4) A intensidade da corrente total é a soma das intensidades das correntes nos resistores associados:
i = i1 + i2 + i3 5) O inverso da resistência equivalente é igual à soma dos inversos das resistências associadas: 1/RP = 1/R1 + 1/R2 + 1/R3 Exercícios 1 - Considere a associação de resistores esquematizada abaixo e submetida a uma ddp de 24 V. Determine: a) a resistência equivalente entre os terminais A e B; b) a intensidade da corrente que percorre cada resistor; c) a ddp em cada resistor; d) qual resistor dissipa a maior potência. 2 - Considere a associação de resistores esquematizada abaixo e submetida a uma ddp de 24 V. Determine: a) a resistência equivalente entre os terminais A e B; b) a ddp em cada resistor;
c) a intensidade da corrente que percorre cada resistor; d) qual resistor dissipa a maior potência. 3 - No circuito elétrico a seguir, a corrente elétrica no resistor ôhmico de resistência 1Ω vale: a) 1 A b) 2 A c) 3 A d) 4 A e) 5 A 4 - (Unifesp) Os circuitos elétricos A e B esquematizados, utilizam quatro lâmpadas incandescentes L idênticas, com especificações comerciais de 100 W e de 110 V, e uma fonte de tensão elétrica de 220 V. Os fios condutores, que participam dos dois circuitos elétricos, podem ser considerados ideais, isto é, têm suas resistências ôhmicas desprezíveis. a) Qual o valor da resistência ôhmica de cada lâmpada e a resistência ôhmica equivalente de cada circuito elétrico? b) Calcule a potência dissipada por uma lâmpada em cada circuito elétrico, A e B, para indicar o circuito no qual as lâmpadas apresentarão maior iluminação. 5 - Para as associações abaixo, calcule a resistência equivalente entre os terminais A e B.
Geradores Elétricos São dispositivos que fornecem energia elétrica aos circuitos onde são inseridos. Este fornecimento de energia elétrica se dá às custas de outra forma de energia. A bateria é um exemplo de gerador elétrico. Ela transforma energia química em energia elétrica. A resistência elétrica dos materiais condutores que constituem um gerador é chamada resistência interna do gerador, sendo indicada por r. Um gerador elétrico é ideal quando sua resistência interna é nula (r = 0). A tensão elétrica ou a ddp entre os polos de um gerador ideal é indicada por E e recebe o nome de força eletromotriz (fem). Abaixo está a representação de um gerador ideal. Note que a corrente elétrica convencional atravessa o gerador no sentido do polo negativo para o polo positivo (Para lembrar: entra pelo e sai pelo +). Um gerador real, isto é, um gerador cuja resistência interna não é nula (r 0) é representado conforme o esquema abaixo.
A tensão U entre os polos de um gerador real é igual à tensão que teríamos se ele fosse ideal (E) menos a tensão na resistência interna (ri). Assim, podemos escrever a chamada EQUAÇÃO CARACTERÍSTICA DO GERADOR: U = E - r.i Gerador em circuito aberto Dizemos que um gerador está em circuito aberto quando não alimenta nenhum circuito elétrico externo. Nestas condições não passa corrente elétrica pelo gerador (i = 0). Da equação característica do gerador, resulta: U = E Gerador em curto-circuito Dizemos que um gerador está em curto-circuito quando seus polos são ligados por um fio de resistência elétrica nula. Nestas condições, a tensão entre os polos do gerador é nula (U = 0) e a corrente elétrica que percorre o gerador é denominada corrente de curto circuito (i cc). Da equação característica do gerador, resulta: U = E - r.i 0 = E - r.icc icc = E/r Curva característica de um gerador De U = E r.i, com E e r constantes concluímos que o gráfico U x i é uma reta inclinada decrescente em relação aos eixos U e i. O ponto A do gráfico tem coordenadas i = 0 e U = E e o ponto B tem coordenadas U = 0 e i = icc = E/r.
Exercícios 6 - Um gerador elétrico possui força eletromotriz E = 12 V e resistência interna r = 2,0 Ω. a) Qual é a intensidade da corrente elétrica que percorre o gerador quando a tensão entre seus polos é U = 8,0 V? b) Sendo i = 4,0 A a intensidade da corrente elétrica que percorre o gerador, qual é a tensão elétrica entre seus polos? 7 - Um amperímetro ideal é ligado aos polos de uma bateria de força eletromotriz E = 6.0 V e resistência interna r = 1,0 Ω. Qual é a leitura do amperímetro? DICA: O amperímetro ideal tem resistência elétrica nula. Ao ligá-lo aos polos do gerador, este fica em curto-circuito. 8 - Um voltímetro ideal é ligado aos polos de uma bateria de força eletromotriz E = 6.0 V e resistência interna r = 1,0 Ω. Qual é a leitura do voltímetro? DICA: O voltímetro ideal tem resistência infinitamente grande. Ao ligá-lo aos polos do gerador, este fica em circuito aberto. 9 - É dada a curva característica de um gerador. Determine: a) a força eletromotriz E; b) a resistência interna r; c) a intensidade da corrente de curto-circuito.
10 - O gráfico abaixo representa a curva característica de um gerador. Determine: a) a força eletromotriz E; b) a resistência interna r; c) a intensidade da corrente de curto-circuito. Circuito Simples - Lei de Pouillet. Considere o circuito constituído de um gerador ligado aos terminais de um resistor. Este circuito é percorrido por uma corrente somente e é denominado circuito simples. A tensão elétrica entre os polos do gerador (U = E r.i) é igual à tensão elétrica no resistor (U = R.i). Portanto, podemos escrever: E - r.i = R.i E = (r + R).i i = E/(r + R) Esta fórmula que permite calcular a intensidade da corrente elétrica num circuito simples recebe o nome de Lei de Pouillet, em homenagem ao físico francês Claude Pouillet. Se o gerador estiver ligado a uma associação de resistores, determina-se a resistência equivalente Req e, a seguir, aplica-se a Lei de Pouillet:
i = E/(r+Req) Exercícios 11 - Considere o circuito abaixo. Determine as leituras do amperímetro e do voltímetro, considerados ideais. 12 - Determine a intensidade da corrente que atravessa o circuito simples esquematizado abaixo. Ao lado do circuito são representadas as curvas características do gerador e do resistor.
13 - Para o circuito esquematizado, determine as intensidades das correntes i, i1 e i2. 14 - (UFPE) No circuito da figura, a corrente através do amperímetro é igual a 3,5 A, quando a chave S está aberta. Desprezando as resistências internas do amperímetro e da bateria, calcule a corrente no amperímetro, em ampères, quando a chave estiver fechada. a) 4,0 b) 6,0 c) 7,5 d) 8,0 e) 3,5 15 - O circuito indicado na figura é composto por uma bateria ideal de força eletromotriz ε e cinco resistores ôhmicos idênticos, cada um deles de resistência elétrica R. Em tal situação, qual é a intensidade da corrente elétrica que atravessa a bateria ideal? a) 3ε/(7R) b) ε/(5r) c) 3ε/(4R) d) 4ε/(5R) e) ε/r
Receptores Elétricos São dispositivos que consomem energia elétrica e a transformam em outras formas de energia, não exclusivamente energia térmica. A bateria, quando está sendo carregada, é um exemplo de receptor elétrico. Ela transforma energia elétrica em energia química. Outro exemplo é o motor elétrico que transforma energia elétrica em energia mecânica. Nestes processos sempre há transformação de parte da energia elétrica em energia térmica. Isto ocorre devido à resistência elétrica dos materiais condutores que constituem o receptor e que é chamada resistência interna do receptor, sendo indicada por r. Um gerador elétrico aplica uma tensão U ao ser ligado a um receptor. Pelo receptor passa uma corrente elétrica de intensidade i e na resistência interna há uma queda de potencial dada por r.i. A diferença U - r.i, indicada por E, recebe o nome de força contraeletromotriz e representa a tensão útil do receptor. Assim, obtemos a equação característica do receptor: U - r.i = E => U = E + r.i Um receptor é ideal quando sua resistência interna é nula (r = 0). Neste caso, U = E. Abaixo representamos um receptor ideal e um receptor real (r 0). Note que a corrente elétrica convencional atravessa o receptor no sentido do polo positivo para o polo negativo (Para lembrar: entra pelo + e sai pelo -). Receptor ideal Receptor real
Curva característica de um receptor De U = E + r.i, com E e r constantes concluímos que o gráfico U x i é uma reta inclinada crescente em relação aos eixos U e i. Observe que quando i = 0, resulta U = E. Circuito gerador-receptor-resistor Uma bateria ligada a um motor elétrico e a uma lâmpada é um exemplo de circuito gerador-receptor-resistor. Utilizando os símbolos que representam estes elementos, temos o circuito: Gerador: força eletromotriz E e resistência interna r. Receptor: força contra-eletromotriz E e resistência interna r. Resistor: resistência elétrica R
A corrente elétrica convencional tem, neste circuito, sentido horário: atravessa o gerador no sentido do polo negativo para o polo positivo. No receptor, tem o sentido do polo positivo para o polo negativo. Sejam U, U1 e U2 as tensões elétricas entre os terminais do gerador, do receptor e do resistor, respectivamente. Podemos escrever: U = U1 + U2 => E - r.i = E' + r'.i + R.i => E - E' = (r + r' + R).i i = (E - E')/(r + r' + R) Esta é a lei de Pouillet para o circuito simples gerador-receptor-resistor. Exercícios 16 - A um receptor de resistência interna 1 Ω aplica-se uma tensão de 12 V e a corrente elétrica que o atravessa tem intensidade de 3 A. Determine a força contra-eletromotriz do receptor. 17 - Um motor elétrico tem força contra-eletromotriz de 120 V. Quando ligado a uma tomada 127 V é percorrido por uma corrente elétrica de intensidade 3,5 A. Qual é a resistência interna do motor? 18 É dada a curva característica de um receptor elétrico. Determine a força contra-eletromotriz e a resistência interna do receptor. 19 - Considere o circuito abaixo. Determine as leituras do amperímetro e do voltímetro, considerados ideais.
20 - Considere o circuito esquematizado a seguir constituído por três baterias, um resistor ôhmico, um amperímetro ideal e uma chave comutadora. Os valores característicos de cada elemento estão indicados no esquema. As indicações do amperímetro conforme a chave estiver ligada em (1) ou em (2) será, em amperes, respectivamente: a) 1,0 e 1,0 b) 1,0 e 3,0 c) 2,0 e 2,0 d) 3,0 e 1,0 e) 3,0 e 3,0 Lei de Coulomb A intensidade da força de ação mútua entre duas cargas elétricas puntiformes é diretamente proporcional ao produto dos valores absolutos das cargas e inversamente proporcional ao quadrado da distância que as separa. k: constante eletrostática do meio onde estão as cargas. No vácuo:
21 - Duas partículas eletrizadas com cargas elétricas Q1 e Q2, separadas pela distância d, atraem-se com uma força eletrostática de intensidade F. O meio é o vácuo. Determine em função de F a intensidade da força eletrostática de interação entre as partículas, nos casos: a) Mantêm-se os valores de Q1 e Q2 e dobra-se a distância entre as partículas. b) Mantêm-se os valores de Q1 e Q2 e triplica-se a distância entre as partículas. c) Mantém-se a distância d e duplicam-se os valores das cargas elétricas das partículas. d) Duplicam-se os valores das cargas elétricas das partículas e a distância d entre elas. 22 - Considere três partículas igualmente eletrizadas, cada uma com carga elétrica Q e fixas nos pontos A, B e C. Entre A e B a força eletrostática de repulsão tem intensidade 8,0.10-2 N. Qual é a intensidade da força eletrostática resultante das ações de A e C sobre B? 23 - Três partículas eletrizadas, A, B e C, estão fixas nos vértices de um triângulo equilátero de lado L = 30 cm. Determine a intensidade da força eletrostática resultante da ação A e B sobre C. Analise os casos: Dados: Q = 1,0 μc e k0 = 9.10 9 N.m 2 /C 2 24 - Duas partículas eletrizadas com cargas elétricas Q e 4Q estão fixas em pontos A e B, situados a uma distância D. No ponto C, a uma distância d de A, coloca-se outra partícula eletrizada com carga elétrica q e observa-se que ela fica em equilíbrio sob ação de forças eletrostáticas somente. Determine a relação d/d.