1
Na figura mostrada abaixo têm-se duas baterias comuns de automóvel, B1e B2, com forças eletromotrizes 12 V e 6 V,
respectivamente, associadas em série. A lâmpada L conectada aos terminais da associação tem especificações 20V40W. O voltímetro V e o amperímetro A são supostamente ideais. As resistências internas das baterias são
desprezíveis.
tabela
ELEMENTO
Fio
SÍMBOLO
de
resistência
desprezível
Bateria ideal
Amperímetro
ideal
A
Voltímetro
ideal
V
Lâmpada
A) Usando os símbolos indicados na tabela, faça o esquema do circuito elétrico correspondente, indicando
as baterias, a lâmpada e os medidores.
B) Qual é a leitura do voltímetro V e do amperímetro A? E qual é a potência dissipada pela lâmpada L
nesse circuito elétrico?
2
Brincando com resistores, um estudante monta o bonequinho esquematizado. Enquanto uma das mãos do boneco
toca o pólo positivo de uma pilha de 1,5 V, os pés mantêm contato com uma placa metálica condutora onde o outro
pólo da pilha está encostado. Como conseqüência, a lâmpada se acende.
Se a lâmpada e os três resistores utilizados têm resistências iguais e de valor 2,0 Ω, qual a potência elétrica dissipada
pela lâmpada em funcionamento?
3
A fig u ra a ba ixo fo i o b t id a a p a rt ir de um a fo t o g ra fia d e u ma c âm a ra d e b o lh as (a para t o q ue
p e rm it e ob t e r o ra s t ro d o m o vim e n to de um a pa rt íc u la q u e a a t ra ve s sa ) e mo s t ra o s ra s t ro s de
t rê s p a rt íc u la s : u m p ró t o n, u m e lé t ro n e um n e u t rin o (q u e é e le t ric am e n t e n e u t ro ). O s ra s t ro s
d e ss a s pa rt íc u la s e s t ão in d ic a d o s, n ã o n e ces s a ria m en t e n es s a o rde m , p e lo s n ú me ro s 1 , 2 e 3 .
H á u m c am p o m ag n é t ic o u n ifo rm e q ue p e rme ia t o d a a re g iã o m o s t ra d a e qu e é pe rp en dic u la r a o
p la n o d a fig u ra . C o n s ide re q ue o m o vim e nt o d a s p a rt íc u la s rep re se n t ad a s o c o rra n o p la n o d a
fig u ra e q u e o m ó d u lo da ve lo c id a de s e j a o m e s m o pa ra t o da s a s pa rt íc u la s c a rreg a das . A fo rç a
m a g né t ic a é a ú n ic a fo rç a q ue é d in a m ic am en t e re le va n t e n a s it u aç ã o de s c rit a .
Da d o q ue a fo rç a c en t ríp e t a q u e a t ua s o b re a s pa rt íc u la s c a rreg a da s é a fo rç a m a g nét ic a , t e m s e , e n tã o : m  v 2 /r = q  v  B  s e n  , e m q ue m re p res e n ta a m a ss a da p a rt íc u la ; v, o m ó d ulo d e s u a
ve lo c id a d e ; r, se u ra io d e g iro ; q , o va lo r a b s o lu t o de s u a ca rg a e lé t ric a ; B , a in t e ns id a de d o
c a m po m a gn é t i c o q ue a t u a s o b re e la ;  , o m e n o r â n g u lo e n t re a s d ireç õ e s d a ve lo c id a de e do
c a m po m a gn é t ic o . E ss a re la çã o p o ss ib ilit a o b t e r -se u m a e xp re s sã o p a ra o ra io d e g iro d a
p a rt íc u la .
C o m ba s e na s in fo rm a ç õ es fo rn e c id as , n a exp re s s ã o ob t id a pa ra o ra io d e g iro d a pa rt íc u la e n o s
s e u s c o n he c ime n t o s s ob re fo rç a m ag n é t ic a,
A ) a ss o c ie c ad a u m do s ra s t ro s à pa rt íc u la q u e o p ro d uz iu . Ju s t ifiq u e .
B ) in d iq u e se o c a m p o m a g né t ic o e s tá e n t ran d o n o p la n o d a fig u ra o u d e le s a ind o . Ju s t ifiq u e .
A)
1 – elétron (menor massa, menor raio).
2 – neutrino (sem carga, sem desvio).
3 – próton (maior massa, maior raio).
B) Saindo (regra do produto vetorial).
4
Pardal deseja obter energia elétrica a partir de uma linha de alta tensão que passa próximo de sua casa. Ele faz uma
bobina e fixa-a no solo, abaixo do fio de alta tensão, para obter uma força eletromotriz induzida nos terminais da
bobina. Dessa forma, ele pode ligar um aparelho elétrico qualquer nesses terminais.
Sabendo que, nesse trecho, o fio de alta tensão é retilíneo, horizontal, está disposto na direção leste-oeste e por ele
passa uma corrente elétrica alternada,
A) descreva a forma e a direção das linhas de indução do campo magnético gerado pela corrente que circula no fio.
B) explique, com base em leis físicas, por que o procedimento de Pardal para obter energia elétrica pode funcionar.
C) determine qual deve ser a posição do eixo da bobina, em relação à direção do fio, para que Pardal obtenha a
máxima força eletromotriz induzida. Justifique.
A) Ao redor do fio (lei de Àmpere).
B) Porque induz uma corrente induzida na bobina, de acordo com a lei de Faraday.
C) Perpendicular ao fio para ter uma maior variação de fluxo magnético.
5
Um aluno dispõe de três lâmpadas e uma fonte de tensão para montar um circuito no qual as lâmpadas
funcionem de acordo com as especificações do fabricante. As
características dos elementos do circuito e os símbolos a eles atribuídos
são:
- lâmpada 1: 100V, 40W e símbolo (figura 1)
- lâmpada 2: 100V, 40W e símbolo (figura 2)
- lâmpada 3: 200V, 40W e símbolo (figura 3)
- fonte de tensão: 200V, considerada ideal, e símbolo (figura 4).
Indique, por meio de um desenho, como o aluno deve montar o circuito
e calcule, nesse caso, a potência total que as três lâmpadas consumirão.
6
USINAS EÓLICAS: ENERGIA ELÉTRICA E DESENVOLVIMENTO SUSTENTÁVEL
Uma das formas de se obter energia elétrica de maneira renovável é por meio das usinas eólicas.
Em geral associam-se à usina eólica poucos argumentos desfavoráveis do ponto de vista da degradação do meio
ambiente. Entre eles temos a poluição visual e a morte de pássaros que porventura possam passar pela região.
No Rio Grande do Sul, está o Parque Eólico de Osório, o maior projeto de energia eólica da América Latina, composto
por 75 aerogeradores - um aerogerador é um gerador elétrico integrado ao eixo de um cata-vento cuja missão é
converter a energia mecânica dos ventos em energia elétrica. Cada torre mede 98 metros de altura e tem 810
toneladas.
A) Admitindo que as torres sejam cônicas e tenham sido construídas em concreto cuja densidade é de 1800 kg/m3,
calcule o volume ocupado por uma dessas torres.
B) De forma a avaliar o consumo de energia elétrica em uma residência, vamos analisar as respostas de uma família,
composta por 4 pessoas, a uma pesquisa sobre seu consumo. Esta família relata alguns equipamentos elétricos de
sua residência e seus tempos de uso ao longo de um mês. Dentre as informações explicitadas, percebe-se o uso do
chuveiro elétrico de potência 2200 W, todos os dias, pelos 4 integrantes da família, com banho de 15 minutos cada
um.
O computador é o campeão em termos de uso. Há dois computadores de 90 W cada um, que são usados, em média,
durante 5 horas cada um deles.
O refrigerador que possui 110 W de potência, aciona seu motor durante 10 horas por dia. A residência possui uma
tensão elétrica (d.d.p.) de 110 V, com exceção do chuveiro que tem tensão elétrica de 220 V.
Qual equipamento relatado nesta pesquisa corresponde ao grande vilão no consumo de energia elétrica?
Justifique preenchendo toda a tabela na folha de respostas, explicitando o cálculo do gasto de energia de cada um dos
três equipamentos durante um mês de 30 dias em kWh.
Em seguida, calcule o valor adequado da corrente elétrica máxima que pode passar pelo disjuntor instalado para
proteger essa residência. Considere que, além das potências dos equipamentos já citados, ocorra um aumento de 590
W em função da iluminação e demais equipamentos elétricos.
Vale lembrar que watt-hora (Wh) é a unidade normalmente utilizada para o consumo de energia elétrica, em que a
potência é dada em W e o tempo em hora (h).
C) Suponhamos que a média do consumo das famílias pesquisadas seja de 150 kWh por mês. Um aerogerador de
usina eólica com 200 kW de potência útil, em funcionamento durante 24 horas por dia, é capaz de abastecer quantas
famílias com consumo similar?
7
8
O circuito elétrico do enfeite de uma árvore de natal é constituído de 60 lâmpadas idênticas (cada uma com 6V de
tensão de resistência de 30 ohms) e uma fonte de tensão de 6V com potência de 18 watts que liga um conjunto de
lâmpadas de cada vez, para produzir o efeito pisca-pisca. Considerando-se que as lâmpadas e a fonte funcionam de
acordo com as especificações fornecidas, calcule:
A) a corrente que circula através de cada lâmpada quando acesa.
B) O número máximo de lâmpadas que podem ser acesas simultaneamente.
A) U = R.i
6 = 30.i
i = 0,2 A
B) P = iU
18 = i.6
i=3A
i (cada) = 0,2 A
i = i (cada).n
n = 15 lâmpadas
9
Um aquecedor elétrico usa um resistor de 20Ω ligado a uma diferença de potencial de 1OOV para aquecer a água.
A) Calcule a potência consumida pelo aquecedor quando ligado.
B) Um banho que use 20 litros de água está dentro dos limites recomendados para evitar o desperdício.
Se uma pessoa usa esta quantidade de água a 40° C para seu banho, e se a temperatura da água antes de ser
aquecida é de 20° C, durante quanto tempo o aquecedor deverá ficar ligado?
Considere 1 cal = 4,2 J e o calor específico da água = 1 cal/g. oC.
C) Num país como o Brasil, a superfície da Terra recebe cerca de 500 W/m 2 de radiação solar por aproximadamente
10 horas diárias. Usando placas captadoras de radiação solar com uma área total de 2 m2, quantos litros de água
poderiam ser aquecidos de 20° C a 40° C diariamente, usando apenas energia solar? Suponha que as placas tenham
eficiência de 100%.
2
2
A) P = V∙I, I = V/R → P = V /R →P = 100 /20 = 500 W
B) P = E / t
500 = 20000.4,2.20 / t
t = 3360 s = 56 minutos
2
C) Em 2 m são coletados 1000 W . 10 horas = 36000000 J
36000000 = m.4,2.20
m = 428,5 littros
10
Uma vaca está perto de uma árvore que é atingida por um raio. Durante um curto intervalo de tempo, acumula-se na
base da árvore uma carga de 1C. (Dados: K = 9.109N.m2.C-2 e 1C = 10- 6 C)
A) Se você estivesse embaixo de uma árvore, durante uma
tempestade na qual se observa a ocorrência de um número
muito grande de raios, estaria protegido contra a ação desses
raios? Justifique sua resposta. E, em caso negativo, cite uma
forma de se proteger dos raios explicando os motivos.
B) Determinar a diferença de potencial (ddp) entre as regiões
das patas traseiras e das patas dianteiras do animal.
C) Admitindo-se que o animal tolere, no máximo, uma ddp de
300V, qual deve ser a mínima distância das patas dianteiras
até a árvore.
11
O espectrômetro de massa é um instrumento usado
na determinaçãode massas atômicas e também na
separação de isótopos deum mesmo elemento
químico. A figura mostra esquematicamente umtipo
de espectrômetro. A fonte produz íons que emergem
dela comcarga +e e são acelerados por um campo
elétrico não indicado na figura.
As fendas F1 e F2 servem para colimar o feixe de
íons, isto é, para queprossigam apenas íons que se
movem em uma determinada direção.
Os íons que passam pela fenda F2 invadem o seletor
de velocidade, queé uma região onde existem um
campo elétrico e um campo magnético,ambos
uniformes e constantes, perpendiculares entre si e
perpendicularesao feixe de íons. Só prosseguem na
mesma trajetória retilíneaos
íons
que têm
determinada velocidade v. Os íons que atravessam
afenda F3 entram em movimento circular e uniforme
de raio R.
Considerando E = 4,0·103 N/C, B = 2,0·10–1 T e R =
2,0·10–2 m e sendoe = 1,6·10–19 C, determine a
massa do íon.