Coltec/UFMG – Física – 1º Ano – 2015
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Atividade complementar - Comparando filamentos de lâmpadas incandescentes
Os
filamentos
de
lâmpadas
incandescentes são constituídos por
fios de tungstênio muito finos (cerca
de 0,1 mm de diâmetro) e compridos
(cerca de 2 metros por filamento).
Atividade 1 – Explique como um fio
com esse comprimento pode estar
contido dentro de uma lâmpada
incandescente que é bem menor?
Para responder essa questão
observe as fotografias ao lado onde vemos, ampliado, o filamento de
uma lâmpada. Note que, no filamento, o fio está enrolado como uma
pequena mola. Para a fabricação do filamento, o fio fino e comprido é
enrolado, duplamente, na forma helicoidal (veja um modelo em maior
escala mostrado na fotografia ao lado). Desse modo, podemos
acomodar um fio de grande comprimento em um espaço muito menor.
Quando o fio usado na fabricação do filamento apresenta espessura
maior, o filamento resultante nos parecerá mais “grosso”. Por outro
lado, quando o fio é mais comprido, o filamento ficará, também, mais
comprido. Podemos usar essas informações para comparar a
espessura e o comprimento do fio utilizado na fabricação do filamento
através da observação visual do filamento da lâmpada.
Observe a aparência dos filamentos de quatro lâmpadas incandescentes de 127 V, e potências 100W,
60W, 40W, 25W. Observe também o filamento de uma lâmpada de 220 V e 100W. Essas informações
constam nos bulbos das lâmpadas.
Atividade 2 - Descreva no seu caderno, utilizando textos e desenhos, as diferenças na espessura e no
comprimento do fio utilizado nos filamentos de cada uma das lâmpadas.
Atividade 3 - Interprete essas diferenças com o objetivo de responder às seguintes questões: i) como
lâmpadas ligadas na mesma tensão podem dissipar potências diferentes? ii) como lâmpadas ligadas
em tensões diferentes podem dissipar potências iguais? Leia o texto e orientações abaixo para fazer a
essa interpretação.
A interpretação das diferenças entre os filamentos deverá ser feita a partir das seguintes equações para a
resistência do fio (R) e da potência dissipada no filamento (P): R ρ
e P V. i. Na equação da
resistência, ρ é a resistividade elétrica do fio de tungstênio, “L” é o comprimento do fio e “A” é a área da
seção reta que mede a espessura do fio. Na equação da potência, “V” é a tensão ou diferença de potencial
(ddp) aplicada na lâmpada e “i” a corrente elétrica estabelecida quando ligamos essa lâmpada na tensão
especificada.
Muitos acreditam, erroneamente, que as equações na Física servem apenas para fazer cálculos. Todavia,
as equações são, principalmente, formas de expressar relações quantitativas entre aspectos dos fenômenos
estudados pelas ciências. Esses aspectos, identificados por símbolos nas equações, correspondem a
medidas realizadas por meio de aparelhos e procedimentos desenvolvidas ao longo da história. Justamente
por expressar relações quantitativas, as equações não podem ser total e satisfatoriamente substituídas por
palavras, o que justifica a importância de aprendermos a utilizá-las em tarefas como a proposta acima.
Utilize, explicitamente, as equações acima para explicar como as diferenças nos filamentos, observadas nas
lâmpadas, explicam porque lâmpadas produzidas para trabalhar sob a mesma ddp podem apresentar
potências diferentes. Diga quais equações usou e descreva por escrito seu raciocínio.
Exercício
Um aluno quer entender por que o filamento das lâmpadas não é feita de cobre, como são feitos os fios das
instalações elétricas residenciais. Uma razão para isso é o fato de que a temperatura de fusão do cobre ser
“apenas” 1085 oC. Nessa temperatura, ou em temperaturas pouco abaixo, a luz emitida pelo fio aquecido
não é branca, mas alaranjada. Outra razão é o tamanho do fio necessário para fazer o filamento. Uma
lâmpada comum tem uma resistência, na temperatura ambiente, próxima de 40 Ω. O fio, como já foi dito,
deve ter um diâmetro de 0,1 mm, ou seja, a sua espessura é da ordem de 10-8 m2. O aluno consultou uma
tabela de resistividade elétrica e achou o valor da resistividade do cobre (ρ. = 1,7 x 10-8 Ω m). Com essas
informações ele calculou o comprimento do fio. Faça esses cálculos e explique por que esse comprimento é
uma razão para não usamos fios de cobre para fazer filamentos de lâmpadas.