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

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31) O circuito a seguir representa três pilhas ideais de 1,5 V cada uma, um resistor R de resistência elétrica 1,0 Ω e um motor, todos ligados em série. Considere desprezível a resistência elétrica dos fios de ligação do circuito. A tensão entre os terminais A e B do motor é 4,0 V. Determine a potência elétrica consumida pelo motor.

A) 0,5 W
B) 1,0 W
C) 1,5 W
D) 2,0 W
E) 2,5 W

A alternativa correta é letra D

As tensões nos terminais da pilha é a soma da tensão nos terminais da resistência e do motor, pois a associação é em série. Logo :

3U_pilha= U_resistência + U_motor

3.1,5= U_res. + 4

U_res = 0,5 V

Logo, pela Primeira Lei de Ohm, vem :

U_resistência= R.i

i = U_res./R = 0,5/1

i = 0,5 A

Sabendo que a potência do motor é o produto de U_motor por i, obtemos :

P = U_motor.i

P = 0,5.4 = 2 W

Alternativa correta é a letra D.

32) Analise a tabela, adaptada da cartilha “Práticas de utilização consciente da energia elétrica”, da CPFL.

A) 40 minutos, 50 watts e 20 dias.
B) 40 minutos, 550 watts e 12 dias.
C) 40 minutos, 500 watts e 30 dias.
D) 20 minutos, 500 watts e 30 dias.
E) 20 minutos, 50 watts e 20 dias.

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A alternativa correta é letra C

Para calcularmos o tempo de utilização do chuveiro, utilizamos dos dados já informados na mesma linha e aplicamos a relação:

\begin{array}{l} E = P o t . △ t \\ 70 k W h = 3, 5 k W h . △ t \\ △ t = 20 h \end{array}

este é o tempo para 30 dias. Para um dia, então:

t_{D I A} = \frac{20}{30} h = \frac{2}{3} h = 40 m i n

Para a potência da lavadora:

\begin{array}{l} E = P o t . △ t \\ 6, 0 k W h = P o t . 12 h \\ P o t = 0, 5 k W = 500 W \end{array}

Por fim, os dias de uso do secador:

\begin{array}{l} E = P o t . △ t \\ 7, 0 k W h = 1, 4 k W h . △ t \\ △ t = 5 h \\ △ t = n . t_{D I A} \\ 5 h = n \frac{1}{6} h \\ n = 30 d i a s \end{array}

Resposta correta letra C.

33) Um resistor ôhmico foi ligado a uma fonte de tensão variável, como mostra a figura.

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A alternativa correta é letra C

A potência dissipada em um resistor é dada pela seguinte fórmula:

P = U²/R
Donde P é a potência dissipada, U é a diferença de potencial e R é a resistência.

Sendo R um valor constante e positivo, podemos ver que o gráfico da potência x diferença de potencial é uma parábola com a concavidade para cima.

Logo, a alternativa que corresponde a tal comportamento é a alternativa C).

34) O disjuntor é um dispositivo de segurança que utiliza a propriedade de dilatação de uma tira bimetálica, de tal forma que quando a corrente elétrica na rede ultrapassa um determinado limite, 15 A neste exemplo, a tira se deforma pelo aquecimento e desfaz o contato, interrompendo a corrente, como se pode ver no esquema da figura.

A) 200 W.
B) 1250 W.
C) 1300 W.
D) 1700 W.
E) 2000 W.

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A alternativa correta é letra D

Este exercício exige o conhecimento de potência dissipada.

A potência dissipada é dada pela seguinte relação:

P = i U

onde P= potência , i=corrente e U=tensão.

Logo no exercício queremos saber qual a potência que o disjuntor aguenta, sabendo que este aguenta uma corrente máxima de 15 A e um tensão de 120 V, substituindo na equação, temos:

P_máx = 15A . 120V = 1800 W

Para que não ocorra o desarme do disjuntor, a maior potência é de 1700W.

35) Aproveitando o momento em que a moda dos cabelos alisados volta a todo vapor, a indústria de chapinhas “Alisabem” corre para lançar-se no mercado, faltando apenas a correta identificação do valor da potência elétrica de seu produto.

A) 100.
B) 125.
C) 150.
D) 175.
E) 200.

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A alternativa correta é letra D

A potência P dissipada pela chapinha é a relação entre o quadrado da diferença de potencial U, pela resistência R. Portanto,

\begin{array}{l} P = \frac{U ²}{R} = \frac{110 ²}{70} = 172 W \\ ≃ 175 W \end{array}

Alternativa D.

36) O motor de arranque de um automóvel, cuja a bateria é de 12 V, funciona durante 5 s com uma corrente elétrica de 35 A. É correto afirmar que a energia fornecida pela bateria nesse intervalo de tempo é:

A) 2000J.
B) 2100J.
C) 2200J.
D) 2300J.
E) 2050J.

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A alternativa correta é letra B

A energia fornecida E é dada pelo produto da potência P, com o intervalo de tempo Δt. Sabendo que a potência P é o produto da tensão U, pela corrente i, conclui-se :

P = U . i = 12.35 = 420 W

Logo,

\begin{array}{l} E = P . Δ t \\ E = 420.5 = 2100 J \end{array}

Alternativa B.

37) O potencial elétrico no ponto A, em volts, considerando que as baterias têm resistências internas desprezíveis e que o potencial no ponto B é igual a 15 volts, é de:

A) 5,0 V.
B) 10,0 V.
C) 15,0 V.
D) 3,0 V.
E) 6,0 V.

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A alternativa correta é letra A

Utilizando-se a lei de Kirchhoff, tem-se que a soma algébrica de todas as tensões em um circuito fechado é nula:

\sum_{k = 1}^{N} U_{k} = 0

(1)

Orientando a malha em sentido anti-horário e sabendo que :

Sentido da corrente = sentido da malha ⇒ queda de tensão (tensão negativa)

Sentido da corrente contrário ao da malha ⇒ aumento da tensão (tensão positiva)

Sentido da força eletromotriz = sentido da malha ⇒ f.e.m de sinal positivo

Sentido da força eletromotriz contrário ao sentido da malha ⇒ sinal da f.e.m negativo

Cada queda ou acréscimo de tensão em um circuito, é calculada pela Primeira Lei de Ohm, onde :

U = R . i

Portanto, aplicando as afirmações acima, no somatório : (1), vem:

\begin{array}{l} - R_{2} . i + E_{1} - R_{1} . i - E_{2} = 0 \\ - 4 . i + 12 - 2 i - 6 = 0 \\ - 6 i + 6 = 0 \\ i = 1 A \end{array}

Logo, a diferença de potencial entre os pontos A e B à luz da equação de um receptor que é descrita como :

U=E+R.i

Logo :

\begin{array}{l} U_{B} - U_{A} = E_{2} + R_{2} . i \\ U_{A} = 15 - 6 - 4 = 5 V \end{array}

Sendo :

U - diferença de potencial

i- corrente elétrica

E - força eletromotriz

R - resistência elétrica

Alternativa A é a correta.

38) Aceleradores de partículas são ambientes onde partículas eletricamente carregadas são mantidas em movimento, como as cargas elétricas em um condutor. No Laboratório Europeu de Física de Partículas – CERN, está localizado o mais potente acelerador em operação no mundo. Considere as seguintes informações para compreender seu funcionamento: • os prótons são acelerados em grupos de cerca de 3000 pacotes, que constituem o feixe do acelerador; • esses pacotes são mantidos em movimento no interior e ao longo de um anel de cerca de 30 km de comprimento; • cada pacote contém, aproximadamente, 1011 prótons que se deslocam com velocidades próximas à da luz no vácuo; • a carga do próton é igual a 1,6× 10 -19 C e a velocidade da luz no vácuo é igual a 3×108 m×s-1. Nessas condições, o feixe do CERN equivale a uma corrente elétrica, em ampères, da ordem de grandeza de:

A) 10⁰
B) 10²
C) 10⁴
D) 10⁶

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A alternativa correta é letra A

Antes de resolvermos o exercício, uma pequena correção no enunciado, o número de prótons por pacote é 10¹¹. E como são 3000 pacotes, temos que o número total de prótons são 3000*10¹¹ = 3 x 10¹⁴.
Para calcular a corrente elétrica com os dados do enunciado, precisamos descobrir a carga total em um experimento típico desse. Para isso vamos usar a fórmula:

Q = n*q

Onde Q é carga total, n é o número de prótons e q é a carga de cada próton, o que nos leva a:
Q = (3 x 10¹⁴)(1,6 x 10^-19 C) = 4,8 x 10^-5C

Agora, precisamos calcular o tempo que essas partículas levam para percorrer toda a extensão do anel:

v = d/t => t = d/v
t = (3 x 10⁴ m)/(3 x 10⁸ m/s) = 10^-4 s

E agora, basta usar a fórmula:

i = ΔQ/ Δt = ( 4,8 x 10^-5C)/( 10^-4 s) = 4,8 x 10^-1 A = 0,48 A.

O que nos leva a resposta de aproximadamente 1 A (10⁰)

Alternativa A)

39) Na cozinha de uma casa, ligada à rede elétrica de 110V, há duas tomadas A e B. Deseja-se utilizar, simultaneamente, um forno de micro-ondas e um ferro de passar, com as características indicadas.

A) 10 A.
B) 15 A.
C) 20 A.
D) 25 A.
E) 30 A.

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A alternativa correta é letra D

A questão exige que se entenda a relação entre corrente elétrica e potência elétrica. Conceito: Potência elétrica é expressa pelo produto da diferença de potencial entre os terminais e a corrente que passa através do dispositivo. Conforme o texto, desejamos utilizar dois eletrodomésticos simultaneamente em duas tomadas, A e B. Para sabermos se é possível essa configuração devemos encontrar o valor mínimo da corrente elétrico do fusível ligado no circuito. Lembrando do texto que fusível ou disjuntor é um dispositivo que interrompe a passagem de corrente elétrica quando esta ultrapassa um limite especificado.

Sabemos que P_(total) = P₁ + P₂ e que devemos então calcular intensidade máxima da corrente elétrica que passará pelo fusível utilizando os 2 eletrodomésticos.

\begin{array}{l} P_{(total)} = U \cdot i_{(total)} \\ (1400 + 920) = 110 \cdot i_{(total)} \\ i_{(total)} ≅ 21 A \end{array}

Então para que o fusível não seja queimado, devemos utilizar o fusível de 25 A.

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40) Pela seção de um condutor metálico submetido a uma tensão elétrica, atravessam 4,0×1018 elétrons em 20 segundos. A intensidade média da corrente elétrica, em ampere, que se estabelece no condutor corresponde a:

A) 1,0×10⁻²
B) 3,2×10⁻²
C) 2,4×10⁻³
D) 4,1×10^-3

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A alternativa correta é letra B

Primeiramente vamos obter a quantidade de elétrons que passam nesse condutor por segundo.

4 x 10¹⁸ elétrons - 20 segundos
n - 1 segundo
20n = 4 x 10¹⁸ => n =2 x 10¹⁷ elétrons

Agora, vamos calcular quantos Coulombs correspondem a esta quantidade de elétrons.

1 elétron = 1,6 x 10^-19C
2 x 10¹⁷ elétrons = y
y = (2 x 10¹⁷)(1,6 x 10^-19) = 3,2 x 10^-2 C

Mas, note que está quantidade está relacionado com o número de elétrons que atravessam a seção do condutor em 1 segundo.
Logo,

i = q/t = (3,2 x 10^-2 C)/(1 s) = 3,2 x 10^-2 A

Esta é a corrente elétrica média na seção dada deste condutor.
Alternativa B)

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