FISICA 2 - AULA 5 (GRUPO APRENDIZES DE PAPEL)

EXERCÍCIOS DE FIXAÇÃO

01. O gráfico seguinte mostra a variação da carga Q que atravessa um condutor em função do tempo t.

Com base neste gráfico, a CORRENTE ELÉTRICA que circula neste condutor vale:

a) 16 mA.     b) 8 mA.     c) 4 mA.     d) 8 A.

i = Q/Δt = 8/2 = 4 mA.

02. Na tira, Garfield, muito maldosamente, reproduz o famoso experimento de Benjamin Franklin, com a diferença de que o cientista, na época, teve o cuidado de isolar a si mesmo de seu aparelho e de manter-se protegido da chuva de modo que não fosse eletrocutado como tantos outros que tentaram reproduzir o seu experimento. Franklin descobriu que os raios são descargas elétricas produzidas geralmente entre uma nuvem e o solo ou entre partes de uma mesma nuvem que estão eletrizadas com cargas opostas. Hoje sabe-se que uma descarga elétrica na atmosfera pode gerar correntes elétricas da ordem de 10⁵ ampères e que as tempestades que ocorrem no nosso planeta originam, em média, 100 raios por segundo. Isso significa que a ordem de grandeza do número de elétrons que são transferidos, por segundo, por meio das descargas elétricas, é, aproximadamente,

Use para a carga de 1 elétron: 1,6.10⁻¹⁹ C.

a) 10²²       b) 10²⁴       c) 10²⁶       d) 10²⁸        e) 10³⁰

Da definição de intensidade média de corrente elétrica, (i_m) temos:

i_m = n.e/∆t  →  100.10⁵ = n.1,6.10^-19/1 →  n = 6,25.10²⁵ elétrons → n ~ 10²⁶.

03. Observe a ilustração do movimento de elétrons livres no interior de um fio condutor.

Para se obter um movimento como o representado na figura acima é necessário:

a) colocar o fio na vertical para que os elétrons caiam sob a ação do campo gravitacional da Terra.

b) aplicar no fio um campo magnético vertical e para cima. 

c) fazer a ligação das extremidades do fio em uma bateria que proporcione uma diferença de potencial, sendo que na extremidade esquerda deve ficar o pólo positivo.

d) fazer a ligação das extremidades do fio em uma bateria que proporcione uma diferença de potencial, sendo que na extremidade direita deve ficar o pólo positivo.

e) aplicar no fio um campo elétrico horizontal e para a esquerda.

Como o elétron tem carga negativa eles se movem no sentido contrário ao do campo elétrico. Assim a corrente elétrica vai do pólo negativo para o positivo. Veja a figura.

04. Uma lâmpada fluorescente contém em seu interior um gás que se ioniza após a aplicação de alta tensão entre seus terminais. Após a ionização, uma corrente elétrica é estabelecida e os íons negativos deslocam-se com uma taxa de 1,0.10¹⁸ íons/segundo para o pólo A. Os íons positivos se deslocam-se, com a mesma taxa, para o pólo B. Sabendo-se que a carga de cada íon positivo é de 1,6.10^-19 C, pode-se dizer que a corrente elétrica na lâmpada será:

a) 0,16 A     b) 0,32 A    c) 1,0.10¹⁸ A     d) nula 

i = n.e/∆t  =  2.1.10¹⁸.1,6.10^-19 /1 =  3,2.10^-1 = 0,32 A.

05. Uma residência usa alguns equipamentos elétricos, cuja potência de cada um e o tempo de funcionamento em um mês encontram-se especificados na tabela abaixo: 

Equeipamento	Quantidade	Tempo de funcionamento	Potência (W)
Lâmpada	04	120 h	60 (cada uma)
Ferro elétrico	01	30 h	600
Televisor	01	60 h	120

A energia elétrica total consumida, em quilowatt-hora (kWh), pelos equipamentos vale: 
a) 42,0     b) 66,0     c) 32,0     d) 54,0    e) 72,0
E_LÂMPADA = N.P.∆t/1000 = 4.60.120/1000 = 28800/1000 = 28,8 KWh.
E_FERRO = N.P.∆t/1000 = 1.600.30/1000 = 18000/1000 = 18 KWh.
E_TELEVISOR = N.P.∆t/1000 = 1.120.60/1000 = 7200/1000 = 7,2 KWh.
Logo:
E_TOTAL = 28,8 + 18 + 7,2 = 54 KWh.

EXERCÍCIOS PROPOSTOS

01. O gráfico a seguir mostra como varia a tensão elétrica em um resistor mantido a uma temperatura constante em função da corrente elétrica que passa por esse resistor. Com base nas informações contidas no gráfico, é correto afirmar que

a) a corrente elétrica no resistor é diretamente proporcional à tensão elétrica.
b) a resistência elétrica do resistor aumenta quando a corrente elétrica aumenta.
c) a resistência do resistor tem o mesmo valor qualquer que seja a tensão elétrica.
d) dobrando-se a corrente elétrica através do resistor, a potência elétrica consumida quadruplica.
e) o resistor é feito de um material que obedece a Lei de Ohm.

Vemos que, a medida que a corrente elétrica aumenta a reta tangente inclina-se cada vez mais em relação ao eixo das correntes, sendo assim, a resistência elétrica aumentará.

02. Na figura abaixo está representado um circuito elétrico simples, composto por uma bateria, fios de conexão e uma lâmpada. 

Sobre o circuito mostrado, marque a única alternativa correta. 

a) A corrente elétrica não é consumida e circula, inclusive, dentro da bateria. 

b) A quantidade de elétrons na corrente antes da lâmpada é menor que depois da mesma. 

c) A corrente elétrica é formada por íons que circulam em sentidos contrários. 

d) Elétrons são criados no pólo negativo e circulam, fora da bateria, em direção ao pólo positivo, onde são consumidos.

Sabemos que uma bateria converte uma energia não elétrica em elétrica, assim haverá passagem de corrente elétrica através da bateria chegando até a lâmpada.

03. O gráfico abaixo mostra como varia a corrente elétrica i em função do 

tempo t através da secção transversal de um condutor. Calcule a carga elétrica total que circulou por esta secção. Dado: carga do elétron = 1,6.10⁻¹⁹ C.

Q = B.h/2 = 10.10^-3.120/2 = 60.10^-2 = 0,6 C.

04. Pela secção reta de um condutor de eletricidade passam 12,0 C a cada minuto. Nesse condutor, a intensidade da corrente elétrica, em ampères, é igual a:

a) 0,08    b) 0,20    c) 5,00    d) 7,20    e) 120

i = Q/Δt = 12/60 = 0,2 A. Obs.: 1 min = 60 s.

05. Estes circuitos representam uma pilha ligada a duas lâmpadas e uma chave interruptora. A alternativa que apresenta o(s) circuito(s) em que a ação da chave apaga ou acende as duas lâmpadas, simultaneamente, é:

a) I     b) II     c) III     d) I e II     e) I  e III

Na figura I as lâmpadas estão em paralelo podendo acender ou apagar simultaneamente.

06. O catálogo de vendas de uma bateria automotiva de 12 volts informa que a carga total dela é 100 ampères/hora. Dentre as alternativas abaixo, assinale a única correta.

a) A carga da bateria dura, no máximo, uma hora.

b) A carga total da bateria é igual a 100 Coulombs.

c) A corrente máxima da bateria é de 100 ampères.

d) A bateria pode fornecer, no máximo, uma potência de 1200 watts.

e) A energia máxima que a bateria carregada pode fornecer é cerca de 4,3 megajoules.

E = P.∆t = U.i.∆t = 12.100.3600 = 4 320 000 J = 4,3.10⁶ J.

07.  O gráfico abaixo mostra como varia a corrente elétrica i em função do tempo t através da secção transversal de um condutor. Calcule a carga elétrica total que circulou por esta secção. Dado: carga do elétron = 1,6.10⁻¹⁹ C.

Observe a figura sombreada.

Q = (B + b).h/2 = (8 + 12).10^-3.5/2 = 5.10.10^-3 = 5.10^-2 = 0,05 C.

08. um condutor é atravessado por uma corrente elétrica cuja intensidade varia com o tempo, conforme mostra o gráfico abaixo.

Determine o valor médio da intensidade da corrente entre os instantes 0,5 min e 2,0 min, em ampères.

h = 10^-3.10³ = 10⁰ = 1 A.

b = 0,5.60 = 30 s.

Q = 3.b.h/2 = 3.30.1/2 = 45 C. (são três triângulos)

i = Q/Δt = 45/1,5.60 = 45/90 = 0,5 A.

09. A distribuição média, por tipo de equipamento, do consumo de energia elétrica nas residências no Brasil é apresentada no gráfico abaixo.

Em associação com os dados do gráfico, considere as variáveis:
I. potência do equipamento
II. horas de funcionamento
III. número de equipamentos
O valor das frações percentuais do consumo de energia depende de:
a) I, apenas 
b) II, apenas 
c) I e II, apenas 

d) II e III, apenas 

e) I, II e III

Como E = N.P.∆t, então as três variáveis fazem parte do cálculo de um consumo energético.

10. Como medida de economia, em uma residência com 4 moradores, o consumo mensal médio de energia elétrica foi reduzido para 300 kWh. Se essa residência obedece à distribuição dada no gráfico, e se nela há um único chuveiro de 5000 W, pode-se concluir que o banho diário de cada morador passou a ter uma duração

média, em minutos, de

a) 2,5.      b) 5,0.      c) 7,5.     d) 10,0.    e) 12,0.

• De acordo com o gráfico, o chuveiro apresenta 25% do consumo de energia.

• Então, 25% de 300 kWh = 75 kWh.

• Como E = P.Δt  →  Δt  = E/P = 75000/5000 = 15 h. Obs.: 1 k = 10000.

Entende-se que o chuveiro deve ficar ligado 15 h por mês, ou seja 15/30 = 0,5 h por dia.

• Por serem 4 moradores, por dia, cada um pode usar o chuveiro 0,5.60/4 = 7,5 min.

REVISÃO TERCEIRÃO LUCÊ

01. Determine a resistência equivalente entre A e B, sabendo que todos os resistores têm resistência R.

Organizando a figura temos:

Concluímos que o resistor equivalente vale R/2.

02. Calcule a resistência equivalente, em ohms, entre os pontos A e B do circuito abaixo:

Organizando a figura temos:

Concluímos que o resistor equivalente vale 1 ohm.

03. (UECE) Alguns resistores de resistência R são associados segundo as configurações I, II, III e IV, conforme as figuras.

Sejam R_I, R_II, R_III e R_IV, respectivamente, as resistências equivalentes, entre os pontos a e b, relativas às configurações I, II, III e IV. Pode-se afirmar, corretamente, que R_I + R_II + R_III + R_IV    é aproximadamente igual a:

a) 17R          b) 13R            c) 6R                  d) 3R
I. R_I = R/2 + R + R = 5R/2.
II.  R_II = 2R/2 = R (Temos uma ponte de wheatstone)
III. R_III = R/3 + R = 4R/3
IV. R_IV = R/2 + R/2 = 2R/2 = R.
V. Assim temos: 5R/2 + R + 4R/3 + R = (15R + 6R + 8R + 6R)/6 = 35R/6, aproximadamente 6R.

04. Calcule a resistência equivalente, em ohms, entre os pontos A e B em cada associação de resistores abaixo:
a)

b)

c) 

d)

05. (UECE) Um técnico em Eletrônica preparou dois capacitores de placas paralelas
para testar as 20 saídas de um sistema de alarme. Observe na tabela as características dos dois capacitores.

A razão C₁ /C₂ entre a capacitância de 1 e de 2 é igual a:
Sabemos que C = ε.A/d, então, C₁/C₂ = (ε.A/d).(6d/2.A.4ε) = 6/8 = 3/4. 

06. (UECE) Um longo cabo subterrâneo de 10 km se estende de leste para oeste e consiste de dois fios paralelos de 13  Ω/km. Um contacto indevido se forma a uma distância x,  medida a partir da extremidade oeste, quando um caminho condutor de resistência R faz a ligação entre os fios, como mostra a figura.

   

A resistência é de 60  Ω, quando medida a partir das extremidades do oeste e 216 Ω, quando medida a partir das extremidades do leste. O valor de  x, em quilômetros, é: 

I. Para a resistência medida nas extremidades OESTE (R_O = 60 Ω).

R_O = 13x + R + 13x →  60 = 26x + R →  R = 60 – 26x.

II. Para a resistência medida nas extremidades LESTE (R_L = 216 Ω).

R_L = 13(L – x) + R + 13(L – x)  →  216 = 26(L – x) + R →  R = 216 – 26L + 26x.

III. Igualando as equações e sabendo que L = 10 km, temos:

216 – 26L + 26x = 60 – 26x → 52x = – 216 + 26L + 60 → 52x = –156 + 26.10  → 52x = –156 + 260  → 52x = 104 → x = 104/52 = 2 km.

07. (UECE) A corrente elétrica i em função da diferença de potencial U aplicada aos extremos de dois resistores, X e Y, está representada no gráfico. Para valores de U até 100 V, os resistores X e Y comportam-se de acordo com o gráfico ao lado. Um estudante, ao interpretar esse gráfico, concluiu que, para valores até 100 V:

I.   – A resistência de cada um dos resistores é constante, ou seja, os resistores são ôhmicos.

II.  – O resistor X tem resistência elétrica maior que o resistor Y.

III. – Aplicando-se  uma diferença de potencial de 80 V aos extremos do resistor Y, nele passará uma corrente de 0,8 A.

Assinale a alternativa que contenha a(s) afirmativa(s) correta(s):

a) Apenas I.      b) Apenas II.      c) Apenas I e III.       d) apenas II e III.

I. R_X = U_X/i_X = 20/0,4 = 50 Ω e R_Y = U_Y/i_Y = 40/0,4 = 100 Ω. (ambos são ôhmicos e R_X < R_Y)

II. Para U_Y = 80 V: i_Y = U_Y/R_Y = 80/100 = 0,8 A.

08. O clássico da literatura universal Frankstein fala de um ser montado a partir de cadáveres, que ganha vida através da energia de um relâmpago. Apesar do caráter ficcional da história, não é nada absurdo evocar a relação da eletricidade com o funcionamento do corpo humano. Pulsação cardíaca e atividades do sistema nervoso, por exemplo, têm vínculo profundo com as propriedades elétricas das células. Ignorando a enorme gama de restrições científicas para trazer uma criatura como a do livro à vida, presuma que a lei de Ohm seja plenamente válida no contexto da figura abaixo.

Com base nos dados constantes da figura, imagine que o cientista tenha calculado como ideal para a realização de seu intento uma noite de tempestade em que a diferença de potencial entre as nuvens e o chão do castelo fosse de 3 x 10⁹ V. Nessas condições e ligando o resistor R₁ em série com o cadáver, a corrente elétrica que deveria passar pelo corpo da criatura para que suas funções vitais fossem despertadas seria de:

A) 0,5 A.       B) 100 A.       C) 20 A.        D) 0,04 A.           E) 3 A.

U = R_EQ.i  i = 3.10⁹/(999.990.000 + 10.000) = 3.10⁹/1.10⁹ = 3 A.

09. (UNB 98) O choque elétrico, perturbação de natureza e efeitos diversos, que se manifesta no organismo humano quando este é percorrido por uma corrente elétrica, é causa de grande quantidade de acidentes com vítimas fatais. Dos diversos efeitos provocados pelo choque elétrico, talvez o mais grave seja a fibrilação, que provoca a paralisia das funções do coração. A ocorrência da fibrilação depende da intensidade da corrente elétrica que passa pelo coração da vítima do choque. Considere que o coração do indivíduo descalço submetido a um choque elétrico, na situação ilustrada na figura adiante, suporte uma corrente máxima de 4 mA, sem que ocorra a fibrilação cardíaca, e que a terra seja um condutor de resistência elétrica nula. Sabendo que a corrente percorre seu braço esquerdo, seu tórax e suas duas pernas, cujas resistências são iguais a, respectivamente, 700 Ω, 300 Ω, 1.000 Ω e 1.000 Ω, e que , nessa situação, apenas 8% da corrente total passam pelo coração, em volts, a máxima diferença de potencial entre a mão esquerda e os pés do indivíduo para que não ocorra a fibrilação cardíaca. Despreze a parte fracionária de seu resultado, caso exista.

A) 75 V          B) 50 V         C) 45 V          D) 30 V         E) 15 V

Veja o esquema formado pelos resistores no corpo:

I. U = R_EQ.i = (300 + 700 + 1000/2).(0,004/0,08) = 1500.0,05 = 75 V.

ou: 

I. i_C = 8.i_T/100 → 4 × 10⁻³ × 100/8 = i_T → i_T = 5 × 10⁻² A.

II. Req = 700 + 300 + 1000/2 = 1.500 Ω.

III. U = Req × i = 1.500 × 5 × 10⁻² = 75 V.

10. Por falta de tomadas extras em seu quarto, um jovem utiliza um benjamin (multiplicador de tomadas) com o qual, ao invés de um aparelho, ele poderá conectar à rede elétrica três aparelhos simultaneamente. Ao se conectar o primeiro aparelho, com resistência elétrica R, sabe-se que a corrente na rede é i. Ao se conectarem os outros dois aparelhos, que possuem resistências R/2 e R/4, respectivamente, e considerando constante a tensão da rede elétrica, a corrente total passará a ser

A) 17.i/12.      B) 3.i.      C) 7.i.      D) 9.i.      E) 11.i.

Sendo constante a tensão elétrica da rede, da 1ª Lei de Ohm (U = Ri), observamos que a intensidade da corrente elétrica i e a resistência elétrica R são grandezas inversamente proporcionais. Para uma resistência elétrica igual a R, teremos uma intensidade de corrente elétrica i₁ = i; Para uma resistência elétrica igual a R/2, teremos uma intensidade de corrente elétrica i₂ = 2.i e para R/4, teremos i₃ = 4.i. Desse modo: i_TOTAL = i₁ + i₂ + i₃ = i + 2.i + 4.i = 7.i.

11. (ENEM 2009) A instalação elétrica de uma casa envolve várias etapas, desde a alocação dos dispositivos, instrumentos e aparelhos elétricos, até a escolha dos materiais que a compõem, passando pelo dimensionamento da potência requerida, da fiação necessária, dos eletrodutos*, entre outras. Para cada aparelho elétrico existe um valor de potência associado. Valores típicos de potências para alguns aparelhos elétricos são apresentados no quadro seguinte:

*Eletrodutos são condutos por onde passa a fiação de uma instalação elétrica, com a finalidade de protegê-la. 

A escolha das lâmpadas é essencial para obtenção de uma boa iluminação. A potência da lâmpada deverá estar de acordo com o tamanho do cômodo a ser iluminado. O quadro a seguir mostra a relação entre as áreas dos cômodos (em m²) e as potências das lâmpadas (em W), e foi utilizado como referência para o primeiro pavimento de uma residência.

Obs.: Para efeitos dos cálculos das áreas, as paredes são desconsideradas.

Considerando a planta baixa fornecida, com todos os aparelhos em funcionamento, a potência total, em watts, será de:

A) 4.070.          B) 4.270.          C) 4.320.          D) 4.390.          E) 4.470

A potência total de todos os aparelhos exceto as lâmpadas = 200 + 500 + 50 + 3000 + 120 + 200 = 4070 W
Área da cozinha = 3.3 = 9 m²
Área do corredor = 1,5.0,9 = 1,35 m²
Área da sala = 2,8.3 = 8,4 m²
Área do banheiro = 1,5.2,1 = 3,15 m²
Utilizando as áreas de cada cômodo como referência para determinarmos a potência de cada lâmpada, temos que:
Lâmpada da cozinha = 100 W.
Lâmpada do corredor = 60 W
Lâmpada do banheiro = 60 W.
Lâmpada da sala = 100 W.
Potência total das lâmpadas = 320 W.
Potência Total = 4070 W + 320 W = 4390 W.

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mister M da fisica: REVISÃO GERAL 3 PARA A UECE