Questões Sobre Eletrodinâmica - Física - 3º ano do ensino médio

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1) 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 ampéres, 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

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A alternativa correta é letra B

Com a chave ligada em 1 a resistência equivalente será a soma, pois os resistores nesta configuração estão em série :

R_eq= R + R₁ + R₂ = 4 + 1 + 1 = 6 Ω

Logo, a corrente que passa no amperímetro é:

i₁ = E₂/R_eq= 6/6 = 1 A

Já com a chave ligada em 2 a corrente que passa no amperímetro é dada por :

i₂ = E₁ / R = 12/4 = 3 A

Os cálculos foram baseados na Primeira Lei de Ohm. Podem ser obtidos também pela Lei de Kirchhoff.

Portanto, a alternativa correta é a letra B.

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2) Uma pilha de força eletromotriz 1,5 V e resistência elétrica interna 1,0 Ω é associada a três resistores, de resistência 2,0 Ω, 3,0 Ω e 6,0 Ω, conforme o esquema:

A potência dissipada no resistor de 6,0 Ω é, em watts:

A) 6,0.10^–2
B) 2,4.10^–1
C) 3,0.10^–1
D) 6,0.10^–1
E) 9,0.10^–1

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A alternativa correta é letra A

Os resistores de 6 ohms e 3 ohms estão em paralelo. Calculando a Req desse ramo : 6x3/(6+3) =18/9= 2 ohms . Esse novo resistor está em série com o resistores de 1,0 ohms e de 2,0 ohms, logo : Req_{(do circuito)}= 2+2+1= 5,0 ohms. Aplicando a primeira lei de Ohm : 1,5=5i => i=0,3 A . A DDP no trecho da resistência pedida será U=2_{(resistência equivalente do trecho)}x0,3= 0,6 V. A potência dissipada pelo resistor de 6 ohms é : P=U/R=(U_{do ramo do resistor de 6 ohms)}²/Resistência de 6 ohms => P=(0,6)²/6,0 = 6x10^-2 W. A resposta correta é a letra A.

3) Está vendo? Bem que sua mãe sempre disse para guardar as peças do quebra-cabeça! Agora, está faltando uma…

Para falar a verdade, a peça que falta e que completa adequadamente o quadro e o fato físico apresentado é

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A alternativa correta é letra A

Podemos redesenhar o circuito acima de forma equivalente:

Queremos determinar a corrente que passa pelo amperímetro, que em nosso desenho, é a corrente I₄.

Utilizando a lei de Kirchoff, teremos os seguintes sistemas:

\{\begin{matrix} (V_{1} + V_{2}) - R_{2} . I_{2} - R_{4} . I_{4} = 0 \\ (V_{1} + V_{2}) - R_{2} . I_{2} - R_{3} . I_{3} = 0 \\ I_{2} = I_{3} + I_{4} \end{matrix}

Substituindo pelos valores fornecidos:

\{\begin{matrix} 3 - 10 . (I_{2} + I_{4}) = 0 \\ 3 - 10 . (I_{2} + I_{3}) = 0 \\ I_{2} = I_{3} + I_{4} \end{matrix}

Rearranjando um pouco o conjunto, obtemos um sistema com apenas duas equações:

\{\begin{matrix} 3 - 10 . (I_{3} + 2 . I_{4}) = 0 \\ 3 - 10 . (2 . I_{3} + I_{4}) = 0 \end{matrix}

Isolando I₄ teremos :

\begin{array}{l} - 0, 3 = - 3 . I_{4} \\ I_{4} = 0, 1 A \end{array}

Portanto, a opção correta é a A.

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4) O gráfico mostra valores dos potenciais elétricos em um circuito constituído por uma pilha real e duas lâmpadas idênticas de 0,75 V – 3 mA, conectadas por fios ideais.

O valor da resistência interna da pilha, em Ω, é

A) 100.
B) 120.
C) 150.
D) 180.
E) 300.

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A alternativa correta é letra A

Sabemos que, de acordo com o gráfico, a tensão elétrica máxima é de 1,8 V e que cada lâmpada consome 0,75V. Vamos supor que as lâmpadas estejam em série. Logo, a queda de tensão na resistência interna da plha será 1,8V-2.0,75V = 0,3 V.

Como conhecemos a corrente do circuito, que é a mesma das pilhas (3 mA), utilizando a lei de Ohm:

\begin{array}{l} V = R . I \\ R = \frac{0, 3 V}{0, 003 A} = 100 Ω \end{array}

Sendo correta, portanto, a opção A.

5) Um barco de pesca era o mais iluminado do porto.

Em cada cabresto, o pescador distribuiu 5 lâmpadas, todas idênticas e ligadas em série, conectando os extremos dessas ligações à bateria de 12 V da embarcação, segundo a configuração esquematizada.

Quando acesas todas essas lâmpadas, uma potência de 100 W era requisitada da bateria. Supondo que o fio utilizado nas conexões tenha resistência elétrica desprezível, a corrente elétrica que atravessava uma lâmpada do circuito é, aproximadamente:

A) 2,4 A.
B) 2,1 A.
C) 1,7 A.
D) 1,5 A.
E) 0,4 A.

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A alternativa correta é letra C

A potência P da bateria para manter todas as lâmpadas acessas é dado pelo produto da tensão U com a corrente i. Portanto :

\begin{array}{l} P = U . i = 100 = 12 . i \\ i = 8, 33 A \end{array}

Como a questão pede a corrente elétrica que atravessa uma lâmpada, basta apenas dividirmos por 5 o valor acima encontrado para a corrente. Isso é possível, pois, os cabrestos estão ligados em paralelo e as 5 lâmpadas de cada cabresto, em série. Além disso, as lâmpadas estão dispostas igualmente e possuem resistências elétricas desprezíveis. Logo :

i_{l â m p a d a} = \frac{8, 33}{5} ≃ 1, 7 A

Alternativa C.

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6) A carga elétrica que a associação de capacitores abaixo armazena, quando estabelecemos entre A e B a d.d.p. de 22 V, é:

A) 22 μC .
B) 33 μC.
C) 44 μC.
D) 66 μC.
E) 88 μC.

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A alternativa correta é letra E

A capacitância C é a razão entre a carga Q pela diferença de potencial V. A capacitância equivalente de capacitores em paralelo é a razão do produto pela soma de suas capacitâncias e em série é a soma. Portanto :

C_{e q} = \frac{6.3}{6 + 3} + 2 = \frac{18}{9} + 2 = 4 μ F

Logo,

Q = C_{e q} . V = 4.22 = 88 C

Alternativa E é a correta.

7) Ao se acrescentar um determinado soluto ao líquido contido no copo, a lâmpada acende, consumindo a potência elétrica de 60 W. Nessas circunstâncias, a resistência da solução, em ohms, corresponde a cerca de:

A) 14.
B) 28.
C) 42.
D) 56.

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A alternativa correta é letra A

A resistência da solução é a razão entre a tensão e a corrente nessa solução:

R=VI

A tensão aplicada à solução equivale à diferença de potencial (V) entre os condutores imersos no líquido, ou seja, a diferença entre a tensão fornecida pela bateria (E) e a tensão da lâmpada (V_L):

V=E-VL = 127 – 120 = 7V

A corrente é igual no circuito inteiro, uma vez que todos os elementos estão conectados em série. Logo, podemos calcular a corrente na lâmpada, que será a razão entre sua potência (P) e sua tensão (V):

I=PVL=60120=0,5A

Tendo a tensão (7V) e a corrente (0,5A), podemos calcular a resistência do líquido:

R=VI=70,5=14Ω

Alternativa A.

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8) Considere o diagrama:

Ele representa esquematicamente um circuito de uma lanterna: três pilhas ligadas em serie, uma lâmpada e uma chave interruptora. Com a chave Ch aberta, a diferença de potencial (ddp) entre os pontos A e B é de 4,5 V. Quando se fecha a chave Ch, a lâmpada, de resistência R_L = 10 Ω, acende-se, e a ddp entre A e B cai para 4,0 V, então a força eletromotriz de cada pilha e a intensidade da corrente neste circuito é de:

A) 1,5 V e 4,0 A
B) 2,5 V e 0,4 A
C) 5,2 V e 2,0 A
D) 1,5 V e 2,5 A
E) 1,5 V e 0,4 A

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A alternativa correta é letra E

O gerador equivalente do circuito descrito na figura terá resistência equivalente Req e força eletromotriz equivalente E_eq.

Com a chave Ch aberta:

U = E_eq = 4,5 V

Sendo:

E_eq = n x E

4,5 = 3E

E = 1,5 V

Fechando a chave Ch na lâmpada obtemos, pela primeira de Lei Ohm:

U = R_Lxi

4 = 10 x i

i = 0,4 A

Sendo:

n o número de geradores

E -força eletromotriz de cada pilha

U -a d.d.p

i -corrente elétrica

R - resistência.

Alternativa correta, a letra E.

9) No circuito esquematizado abaixo, o amperímetro ideal A indica 400mA.

O voltímetro V, também ideal, indica, em V,

A) 2
B) 3
C) 4
D) 5
E) 10

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A alternativa correta é letra D

Para determinarmos a voltagem medidade pelo voltímetro, vamos calcular a ddp entre os pontos no limite anterior de R=2 e no limite posterior do amperímetro: U = R.i2 =>U = 2.0,4 = 0,8V. A intensidade i2(corrente que passa pelo resistor R=8) é dada por:U = 8 . i2 => 0,8 = 8 . i2 => i2 = 0,1A . A intensidade i da corrente no resistor de 10 ohms vale: i = i1(corrente do resistor de R=2) + i2 => i = 0,4 + 0,1 (A) => i = 0,5A. O voltímetro em paralelo com o resistor de 10 ohms, indica: U = R . i => U = 10 . 0,5=> U = 5V. Alternativa correta letra D.

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10) O diagrama representa um circuito simples constituído por um resistor de resistência variável (reostato), uma bateria, um amperímetro e um voltímetro, devidamente acoplados ao circuito.

Se a resistência do resistor variar de 500 Ω para 5000 Ω, a leitura da

A) corrente que atravessa o circuito, no amperímetro, não se altera.
B) corrente que atravessa o circuito, no amperímetro, aumenta.
C) corrente que atravessa o circuito, no amperímetro, diminui.
D) diferença de potencial, no voltímetro, aumenta.
E) diferença de potencial, no voltímetro, diminui.

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A alternativa correta é letra C

Primeiramente, calculemos a corrente que passa sobre o resistor. Utilizando a lei de ohm:

ε - R . i = 0 i (R) = \frac{ε}{R}

Ou seja, a corrente é inversamente proporcional à resistência. Dessa forma, um aumento de resistência implica em uma diminuição de corrente no amperímetro (que, a título de simplicidade, é suposto ideal).

Calculemos agora a tensão sobre o resistor:

V = R . i (R) V = R . \frac{ε}{R} V = ε

ou seja, a tensão sobre o resistor não depende da resistência.

Portanto, a única opção correta é a C.

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