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Apostila com teoria e exercícios - Ensino médio - ENEM
Tipologia: Notas de aula
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Gerador elétrico é o aparelho que realiza a transformação de uma forma qualquer de energia em energia elétrica.
Geradores mecânicos Convertem energia mecânica em energia elétrica.
Geradores químicos Convertem energia química em energia elétrica.
Um gerador elétrico possui dois terminais denominados polos. Um polo negati- vo (potencial elétrico menor), e um polo positivo (potencial elétrico maior).
Considerando o sentido convencional da corrente elétrica, o fornecimento de energia (química, mecânica) causará o movimento dessas cargas do polo negativo para o polo positivo, elevando, assim, a energia potencial elétrica das cargas.
Expressão matemática da força eletromotriz (f.e.m.)
Se uma carga q é transportada do polo negativo para o positivo no interior da bateria, o trabalho realizado pelo gerador nesse processo será . Em um processo semelhante, se uma quantidade de carga 2.q é transporta- da do polo negativo para o positivo no interior da bateria, o trabalho realizado será 2.. Percebemos então que,
constante t
Onde, = força eletromotriz.
Para J e q C, a unidade de medida de força eletromotriz no S.I. é o volt (V).
Um gerador tem por função receber as cargas que constituem a corrente elé- trica em seu potencial mais baixo (polo negativo) e entregá-las em seu poten- cial mais alto (polo positivo) fornecendo energia elétrica ao circuito. O gerador apresenta duas constantes características, independentes do cir- cuito ao qual estiver ligado: A força eletromotriz (f.e.m. = ) E a resistência interna, r
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Mesmo assim, ocorre passagem de corrente devido à resistência interna. Essa corrente é chamada de corrente de curto-circuito.
Aplicando a equação do gerador, temos: U = – r.i 0 = – r.icc
icc (^) r ^
Análise gráfica da equação do gerador
Para i = 0 (gerador em circuito aberto), U = (valor máximo de U). Para U = 0 (gerador em curto-circuito), i = icc (valor máximo de U).
n
cc
tg r i
Circuito simples é aquele que apresenta apenas um caminho para a corrente elétrica.
No gerador: U = - r.i ; no resistor: U = R.i Assim, – r.i = R.i R.i + r.i = (R + r).i=
i R r
(Lei de Pouillet)
EXERCÍCIOS
um circuito externo, gera potência elétrica de 600 W. Determine:
a) a intensidade da corrente elétrica que atravessa o gerador; b) a potência elétrica lançada no circuito externo e a potência dissipada internamente.
pada L. A ddp nos terminais do gerado é 100 V e a corrente que o atraves- sa vale 1 A. Sendo o rendimento do gerador 80%, calcule e r.
aos seus terminais marca 12 V. Quando a bateria está fornecendo energia a um resistor R, estabelece no circuito uma corrente de 1 A e o voltímetro registra 10 V nos terminais da bateria. Determine a fem e a resistência in- terna da bateria.
a) a tensão nos seus terminais, quando atravessado por uma corrente elétrica de intensidade 5,0 A; b) a intensidade da corrente elétrica que o atravessa quando a tensão em seus terminais é de 12 V; c) a intensidade da corrente elétrica de curto circuito; d) a leitura de um voltímetro ideal ligado entre os terminais do gerador.
f.e.m., a resistência interna e a intensidade de corrente de curto circuito do gerador.
a) a intensidade da corrente elétrica que atravessa o gerador; b) a d.d.p. no resistor.
a) a intensidade da corrente elétrica que atravessa o gerador; b) a d.d.p. no resistor de resistência 3.
Nesse tipo de associação a força eletromotriz aumenta; Há um aumento no valor da resistência interna;
Associação em paralelo Os polos positivos dos geradores são ligados entre si, assim como os polos negativos.
Todos os geradores mantêm a mesma d.d.p. U, sendo que a corrente elé- trica i se distribui igualmente entre eles. i U r. n
r U .i n
(Em cada gerador)
U = p – rp.i (no gerador equivalente)
EXERCÍCIOS
uma corrente de 5 A, ou a um resistor de 28 uma corrente de 2 A. Cal- cule a f.e.m. e a resistência interna r de cada bateria.
2 , são associados como indica a figura abaixo. A resistência R vale 3 . Determine a indicação do amperímetro (A) ideal.
Sendo: Potg = potência gerada Potℓ = potência lançada no circuito
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Potd = potência dissipada
A potência total gerada é a soma da potência lançada com a potência dissi- pada. Potg = Potℓ + Potd Potℓ = Potg – Potd Potℓ = .i – r.i^2 (Função do 2o^ grau)
Os valores da corrente elétrica para os quais o gerador não lança potência (Potℓ = 0) ao circuito externo serão: 0 = .i – r.i^2 r.i^2 – .i = 0 i.(r.i – ) = 0
i = 0 oui r
Do gráfico, podemos concluir que: O gerador lança a potência máxima quando é percorrido por metade da cor- rente de curto-circuito.
Assim, para U = - r.i: U = – r.i
U = – r. 2r
Quando o gerador lança a potência elétrica máxima, a d.d.p. nos seus termi- nais é igual à metade de sua f.e.m.
A potência elétrica máxima, vale então:
Pot (^) (máx) U.i (^) 2 2r.
2 Pot (^) (máx) U.i (^) 4r
O rendimento elétrico do gerador, quando lança potência máxima, será: U
Quando a potência lançada é máxima, temos que:
i 2r
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a) 0,4 c) 0,06 e) 0, b) 0,2 d) 0,
ideal e a intensidade da corrente elétrica que percorre o resistor de 8 é igual a 1 A.
A resistência elétrica do resistor R é: a) 7 c) 5 e) 3 b) 6 d) 4
rente elétrica de intensidade igual a:
a) 8 A c) 3 A b) 7 A d) 5 A
tos ideais, cujas leituras são, respectivamente:
a) 6,0 A e 0,5 V c) 2,0 A e 1,5 V e) 0,5 A e 2,5 V b) 3,0 A e 1,0 V d) 1,0 A e 2,0 V
a) aumento da corrente que passa por R 2. b) diminuição do valor da resistência R 3. c) aumento da corrente em R 3. d) aumento da voltagem em R 2. e) aumento da resistência total do circuito.
(ampère-hora). Os quatro faróis desse 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 c) 3 h e) 12 h
b) 2 h d) 4 h
dor ideal. A potência dissipada em R 4 é de 2,0 W.
A potência dissipada em R 1 , em W, é:
a)
c) 1 e) 18
b)
d) 6
cia de:
a) 6 W c) 20 W e) medida diferente dessas b) 12 W d) 24 W
com o objetivo de ampliar seus conhecimentos sobre medições elétricas. O circuito é composto por uma pilha de E = 1,5 V e resistência interna r = 1,5 , um resistor de R = 5,0 , um voltímetro V e um amperímetro A, ambos ideais, e fios de ligação de resistência elétrica desprezível.
As indicações do voltímetro V e do amperímetro A são, respectivamente: a) 0 A e 0 V c) 0,25 A e 1,5 V e) 2,0 A e 2,0 V b) 0 A e 1,5 V d) 0,3 A e 2,0 V
V e resistência interna r = 2,0 .
Nas condições representadas, o rendimento do gerador, em porcenta- gem, vale: a) 68 c) 78 e) 90 b) 75 d) 85
resistência R , conforme desenhado na figura. As lâmpadas estão acesas e funcionando em seus valores nominais (L 1 : 0,6 W e 3 V e L 2 : 0,3 W e 3 V). O valor da resistência R é:
a) 30 . c) 20 . e) 45 . b) 25 . d) 15 .
terminar essa resistência, um voltímetro foi ligado aos dois polos da bateria, obtendo-se V0 = (situação I). Em seguida, os terminais da bateria foram conectados a uma lâmpada. Nessas condições, a lâmpada tem resistên-
cia R = 4 e o voltímetro indica VA (situação II), de tal forma que^0 A
Dessa experiência, conclui-se que o valor de R0 é: a) 0,8 c) 0,4 e) 0,1 b) 0,6 d) 0,2
são de 6,0 W e 12 V. O gerador de 24 V tem resistência interna desprezível. C 1 , C 2 , C 3 e C 4 são chaves que estão abertas e podem ser fechadas pelo operador. Duas dessas chaves não devem ser fechadas ao mesmo tempo porque causam aumento de tensão em uma das lâmpadas.
Essas duas chaves são: a) C 1 e C 2. c) C 2 e C 4. e) C 1 e C 3. b) C 3 e C 4. d) C 2 e C 3.
uma lâmpada de 3,0 W e 1,0 V. A pilha ficará a uma distância de 2,0 m da lâmpada e será ligada a um fio de 1,5 mm de diâmetro e resistividade de 1,7.10–^8 .m. A corrente medida produzida pela pilha em curto-circuito foi de 20 A. Assinale a potência real dissipada pela lâmpada, nessa monta- gem. a) 3,7 W c) 5,4 W e) 7,2 W b) 4,0 W d) 6,7 W
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de 8,8 V, e os resistores têm resistências R1 = 2,0 , R2 = 4,0 W e R3 = 6,0 W.
Seja I a indicação do amperímetro A. Permutando de lugar o amperíme- tro e a fonte de fem, a indicação do amperímetro será: a) I/3 c) I e) 3I b) I/2 d) 2I
terna desprezível, está erguendo verticalmente um peso de 3,0 N com ve- locidade constante de 2,0 m/s. A potência dissipada por efeito Joule no motor é de 1,2 W. A corrente que passa pelo motor é, em ampères: a) 0,80 c) 0,40 e) 0, b) 0,60 d) 0,
zônia, é capaz de produzir corrente elétrica por possuir células especiais chamadas eletroplacas. Essas células, que atuam como baterias fisiológi- cas, estão dispostas em 140 linhas ao longo do corpo do peixe, tendo 5 000 eletroplacas por linha. Essas linhas se arranjam da forma esquemática mostrada na figura abaixo. Cada eletroplaca produz uma força eletromo- triz = 0,15 V e tem resistência interna r = 0,25 . A água em torno do peixe fecha o circuito.
Representação esquemática do circuito elétrico que permite ao poraquê produzir corrente elétrica. Se a resistência da água for R = 800 , o pora- quê produzirá uma corrente elétrica de intensidade igual a: a) 8,9 A c) 0,93 A b) 6,6 mA d) 7,5 mA
portáteis como laptops, máquinas fotográficas, celulares, entre outros. As baterias desses aparelhos são capazes de fornecer 1000 mAh (mili Ampère hora) de carga. Sabendo-se que a carga de um elétron é de 1,60.10–^19 C, assinale a alter- nativa que representa corretamente o número de elétrons que fluirão en- tre os eletrodos até que uma bateria com essa capacidade de carga descarregue totalmente. a) 0,62.10–^18 c) 5,76.10^13 e) 2,25.10^22 b) 1,60.10^16 d) 3,60.10^21
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a) V/R c) 2V/3R e) 6V/R b) 2V/R d) 3V/R
uma fonte de alimentação de 6,0V, a qual pode ser obtida pela associa- ção adequada de algumas pilhas de 1,5V cada. Considerando que essas pilhas são geradores elétricos ideais, duas associações possíveis são:
a)
b)
c)
d)
e)
