Lista 7 geradores e receptores

FÍSICA - FRENTE 2Professor: Gustavo Mendonça

Lista 7 - Geradores e Receptores

Exercícios da apostila do SAS

Aula 17: TODOS.

Aula 19: Para Sala: 1, 3; Propostos: 1, 3, 5-9.

Exercícios

1. (Esc. Naval 2015) Um gerador de corrente direta tem uma força eletromotriz de volts e uma resistência interna de ohms. e são constantes. Se ohms é a resistência externa, a resistência total é

ohms e, se é a potência, então Sendo assim, qual é a resistência externa que consumirá o máximo de potência? a) b)

c) d)

e) 2. (Ita 2013) O experimento mostrado na figura foi montado para elevar a temperatura de certo líquido no menor tempo possível, despendendo uma quantidade de calor Q. Na figura, G é um gerador de força eletromotriz com resistência elétrica interna r, e R é a resistência externa submersa no líquido.

Desconsiderando trocas de calor entre o líquido e o meio externo,a) Determine o valor de R e da corrente i em função de

e da potência elétrica P fornecida pelo gerador nas condições impostas.

b) Represente graficamente a equação característica do gerador, ou seja, a diferença de potencial U em função da intensidade da corrente elétrica i.

c) Determine o intervalo de tempo transcorrido durante o aquecimento em função de Q, i e

3. (Fuvest 2013) Em uma aula de laboratório, os alunos determinaram a força eletromotriz å e a resistência interna r de uma bateria. Para realizar a tarefa, montaram o circuito representado na figura abaixo e, utilizando o voltímetro, mediram a diferença de potencial V para diferentes valores da resistência R do reostato. A partir dos resultados obtidos, calcularam

a corrente I no reostato e construíram a tabela apresentada logo abaixo.

a) Complete a tabela abaixo com os valores da corrente I.

V(V) R( ) I(A)

1,14 7,55 0,151,10 4,401,05 2,62 0,400,96 1,600,85 0,94 0,90

b) Utilizando os eixos abaixo, faça o gráfico de V em função de I.

c) Determine a força eletromotriz e a resistência interna r da bateria.

Note e adote: Um reostato é um resistor de resistência variável; Ignore efeitos resistivos dos fios de ligação do circuito. 4. (Epcar (Afa) 2012) Um estudante dispõe de 40 pilhas, sendo que cada uma delas possui fem igual a

e resistência interna de Elas serão associadas e, posteriormente, ligadas num resistor de

imersão de resistência elétrica igual a

Desejando-se elevar a temperatura em de

de um líquido cujo calor específico é igual a

no menor tempo possível, este estudante montou uma associação utilizando todas as pilhas. Sendo assim, o tempo de aquecimento do líquido, em minutos, foi, aproximadamente, igual a a) 5

CASD Vestibulares FÍSICA - FRENTE 2 1

b) 8 c) 12 d) 15

5. (Ufjf 2012) Uma bateria de automóvel tem uma força eletromotriz e resistência interna r desconhecida. Essa bateria é necessária para garantir o funcionamento de vários componentes elétricos embarcados no automóvel. Na figura a seguir, é mostrado o gráfico da potência útil P em função da corrente i para essa bateria, quando ligada a um circuito elétrico externo.

a) Determine a corrente de curto-circuito da bateria e a corrente na condição de potência útil máxima. Justifique sua resposta.

b) Calcule a resistência interna r da bateria.c) Calcule a resistência R do circuito externo nas

condições de potência máxima.d) Sabendo que a eficiência de uma bateria é a

razão entre a diferença de potencial V fornecida pela bateria ao circuito e a sua força eletromotriz , calcule a eficiência da bateria nas condições de potência máxima.

e) Faça um gráfico que representa a curva característica da bateria. Justifique sua resposta.

6. (Unesp 2011) Uma espécie de peixe-elétrico da Amazônia, o Poraquê, de nome científico Electrophorous electricus, pode gerar diferenças de potencial elétrico (ddp) entre suas extremidades, de tal forma que seus choques elétricos matam ou paralisam suas presas. Aproximadamente metade do corpo desse peixe consiste de células que funcionam como eletrocélulas. Um circuito elétrico de corrente contínua, como o esquematizado na figura, simularia o circuito gerador de ddp dessa espécie. Cada eletrocélula

consiste em um resistor de resistência e de uma bateria de fem .

Sabendo-se que, com uma ddp de 750 V entre as extremidades A e B, o peixe gera uma corrente

, a fem em cada eletrocélula, em volts, é a) 0,35. b) 0,25. c) 0,20. d) 0,15. e) 0,05. 7. (Puccamp 2010) Hoje, ninguém consegue imaginar uma residência sem eletrodomésticos (aparelho de TV, aparelho de som, geladeira, máquina de lavar roupa, máquina de lavar louça, etc).Uma enceradeira possui força contra-eletromotriz de 100 V.Quando ligada a uma tomada de 120 V ela dissipa uma potência total de 40 W. Nestas condições, a resistência interna da enceradeira, em ohms, vale a) 2,0 b) 3,0 c) 5,0 d) 10 e) 20 8. (Mackenzie 2009) No laboratório de Física, um aluno observou que ao fechar a chave ch do circuito a seguir, o valor fornecido pelo voltímetro ideal passa a ser 3 vezes menor. Analisando esse fato, o aluno determinou que a resistência interna do gerador vale:

a) 4 b) 6 c) 8 d) 10 e) 12 9. (Ufmg 2009) Observe este circuito, constituído de três resistores de mesma resistência R; um amperímetro A; uma bateria ; e um interruptor S:

Considere que a resistência interna da bateria e a do amperímetro são desprezíveis e que os resistores são ôhmicos.Com o interruptor S inicialmente desligado, observa-se que o amperímetro indica uma corrente elétrica I.Com base nessas informações, é correto afirmar que, quando o interruptor S é ligado, o amperímetro passa a indicar uma corrente elétrica:


a) .

b) . c) 2l. d) 3l. 10. (Mackenzie 2009) Quando as lâmpadas L1, L2 e L3

estão ligadas ao gerador de f.e.m. , conforme mostra a figura ao lado, dissipam, respectivamente, as potências 1,00 W, 2,00 W e 2,00 W, por efeito Joule. Nessas condições, se o amperímetro A, considerado ideal, indica a medida 500 mA, a força eletromotriz do gerador é de:

a) 2,25 V b) 3,50 V c) 3,75 V d) 4,00 V e) 4,25 V 11. (Ita 2009) Considere um circuito constituído por um gerador de tensão E = 122,4 V, pelo qual passa uma corrente I = 12 A, ligado a uma linha de transmissão

com condutores de resistência r = 0,1 . Nessa linha encontram-se um motor e uma carga de 5 lâmpadas

idênticas, cada qual com resistência R = 99 , ligadas em paralelo, de acordo com a figura. Determinar a potência absorvida pelo motor, PM, pelas lâmpadas, PL, e a dissipada na rede, PR.

12. (Pucrj 2008) No circuito apresentado na figura a seguir, considerando que a potência dissipada não poderá ser nula, qual das chaves deve ser fechada, permitindo a passagem de corrente elétrica pelo circuito, de modo que a potência dissipada pelas resistências seja a menor possível?

a) chave 2 b) chave 3 c) chaves 1 e 2 d) chaves 1 e 3 e) chaves 1, 2 e 3 13. (Ufrrj 2007) Um estudante deseja medir a resistência interna de um gerador, cuja f.e.m. pode ser ajustada para diferentes valores. Para tanto, ele constrói um circuito com o próprio gerador - um amperímetro A e um resistor de resistência R = 18 - e obtém o gráfico a seguir, relacionando a f.e.m. do gerador a corrente medida pelo amperímetro.

Com base no gráfico:a) Calcule a resistência interna do gerador.b) Para uma f.e.m. igual a 12 V, calcule a potência

dissipada pela resistência interna do gerador. 14. (G1 - cftmg 2007) A figura representa o modo como um estudante colocou quatro pilhas novas em sua lanterna.

Nessa situação, é correto afirmar que ( ) a lâmpada irá queimar. ( ) a lanterna não irá acender. ( ) as pilhas durarão pouco tempo. ( ) a luz emitida terá um brilho forte. 15. (Fuvest 2007) Em uma ilha distante, um equipamento eletrônico de monitoramento ambiental, que opera em 12 V e consome 240 W, é mantido ligado 20h por dia. A energia é fornecida por um conjunto de N baterias ideais de 12 V. Essas baterias são carregadas por um gerador a diesel, G, através de uma resistência R de 0,2 Ù. Para evitar interferência no monitoramento, o gerador é ligado durante 4h por dia, no período em que o equipamento permanece desligado.


Determinea) a corrente I, em amperes, que alimenta o

equipamento eletrônico C.b) o número mínimo N, de baterias, necessário para

manter o sistema, supondo que as baterias armazenem carga de 50 A.h cada uma.

c) a tensão V, em volts, que deve ser fornecida pelo gerador, para carregar as baterias em 4 h.

NOTE E ADOTE(1 ampere × 1 segundo = 1 coulomb)O parâmetro usado para caracterizar a carga de uma bateria, produto da corrente pelo tempo, é o ampere . hora (A.h).Suponha que a tensão da bateria permaneça constante até o final de sua carga. 16. (Uff 2007) Um eletricista compra uma bateria usada e decide medir a resistência interna r da mesma através da curva V × i - diferença de potencial nos terminais da bateria em função da corrente elétrica que a atravessa. Para construir essa curva, ele conecta os terminais da bateria aos de um resistor de resistência variável. A tabela a seguir exibe os valores de V e i, medidos com voltímetro e amperímetro, que podem ser considerados ideais, para diferentes valores de resistência do resistor.A seguir estão representados os elementos que fazem parte do circuito utilizado na obtenção da tabela.Mudando a posição do contato móvel é possível variar o comprimento do resistor e, consequentemente, da sua resistência desde 0 até R.a) Reproduza o circuito utilizado pelo eletricista,

conectando os elementos que estão representados.b) Construa o gráfico V × i com os valores da tabela, no

reticulado da figura 1. Indique com clareza a escala utilizada em cada eixo coordenado.

c) Determine, através do gráfico do item (b), a resistência interna r da bateria.

d) Após desfazer o circuito utilizado na obtenção da tabela acima, o eletricista conecta apenas o voltímetro à bateria. Informe qual será a leitura do voltímetro.

17. (Ita 2006) Quando se acendem os faróis de um carro cuja bateria possui resistência interna r(i) = 0,050Ù, um amperímetro indica uma corrente de 10A e um voltímetro uma voltagem de 12 V. Considere desprezível a resistência interna do amperímetro. Ao ligar o motor de arranque, observa-se que a leitura do amperímetro é de 8,0A e que as luzes diminuem um pouco de intensidade. Calcular a corrente que passa pelo motor de arranque quando os faróis estão acesos.

18. (Ufu 2006) O circuito elétrico (fig. 1) é utilizado para a determinação da resistência interna r e da

força eletromotriz do gerador. Um resistor variável R (também conhecido como reostato) pode assumir diferentes valores, fazendo com que a corrente elétrica no circuito também assuma valores diferentes para cada valor escolhido de R.Ao variar os valores de R, foram obtidas leituras no voltímetro V e no amperímetro A, ambos ideais, resultando no gráfico (fig. 2).


Com base nessas informações, assinale a alternativa que corresponde aos valores corretos, respectivamente, da resistência interna e da força eletromotriz do gerador.

a) 2 e 7 V. b) 1 e 4 V. c) 3 e 12 V. d) 4 e 8 V. 19. (Fuvest 2006) Uma bateria possui força eletromotriz å e resistência interna R0. Para determinar 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 resistência

R = 4 e o voltímetro indica VA (situação II), de tal forma que V0 / VA = 1,2. Dessa experiência, conclui-se que o valor de R0 é

a) 0,8 b) 0,6 c) 0,4 d) 0,2 e) 0,1 20. (Ita 2003) Um gerador de força eletromotriz e e resistência interna r = 5 R está ligado a um circuito conforme mostra a figura. O elemento R(s) é um reostato, com resistência ajustada para que o gerador transfira máxima potência. Em um dado momento o resistor R1 é rompido, devendo a resistência do reostato ser novamente ajustada para que o gerador continue transferindo máxima potência. Determine a variação da resistência do reostato, em termos de R.

21. (Ita 2003) Em sua aventura pela Amazônia, João porta um rádio para comunicar-se. Em caso de necessidade, pretende utilizar células solares de silício, capazes de converter a energia solar em energia elétrica, com eficiência de 10%. Considere que cada

célula tenha 10 cm2 de área coletora, sendo capaz de gerar uma tensão de 0,70 V, e que o fluxo de energia solar médio incidente é da ordem de 1,0 x 103 W/m2. Projete um circuito que deverá ser montado com as células solares para obter uma tensão de 2,8 V e corrente mínima de 0,35 A, necessárias para operar o rádio. 22. (Ufla 2003) O circuito elétrico mostrado a seguir é alimentado por uma fonte de força eletromotriz (fem) å com resistência elétrica interna r = 2Ù. Considerando a tensão V(CD) = 10V entre os pontos C e D, calcule os itens a seguir.

a) Resistência equivalente entre os pontos A e G.b) Corrente que a fonte fornece ao circuito.c) Força eletromotriz å da fonte.d) Potência dissipada pela resistência interna da fonte. 23. (Fuvest 2002) As características de uma pilha, do tipo PX, estão apresentadas a seguir, tal como fornecidas pelo fabricante. Três dessas pilhas foram colocadas para operar, em série, em uma lanterna que possui uma lâmpada L, com resistência constante R=3,0Ù.Uma pilha, do tipo PX, pode ser representada, em qualquer situação, por um circuito equivalente, formado por um gerador ideal de força eletromotriz å=1,5V e

uma resistência interna r= Ù, como representado no esquema a seguir

Por engano, uma das pilhas foi colocada invertida, como representado na lanterna.Determine:a) A corrente I, em amperes, que passa pela lâmpada, com a pilha 2 "invertida", como na figura.b) A potência P, em watts, dissipada pela lâmpada, com a pilha 2 "invertida", como na figura.c) A razão F = P/P0, entre a potência P dissipada pela lâmpada, com a pilha 2 "invertida", e a potência P0, que


seria dissipada, se todas as pilhas estivessem posicionadas corretamente. 24. (Ufrj 2002) O circuito da figura a seguir é formado por duas baterias idênticas e ideais B1 e B2, dois amperímetros A1 e A2 com resistências internas nulas e uma chave C. Quando a chave está aberta, a corrente indicada em ambos os amperímetros vale 2,0 A. Considere os fios de ligação com resistência desprezível.

Calcule a corrente indicada em cada um dos amperímetros quando a chave C estiver fechada. 25. (Unifesp 2002) Dispondo de um voltímetro em condições ideais, um estudante mede a diferença de potencial nos terminais de uma pilha em aberto, ou seja, fora de um circuito elétrico, e obtém 1,5 volt. Em seguida, insere essa pilha num circuito elétrico e refaz essa medida, obtendo 1,2 volt. Essa diferença na medida da diferença de potencial nos terminais da pilha se deve à energia dissipada no a) interior da pilha, equivalente a 20% da energia total

que essa pilha poderia fornecer. b) circuito externo, equivalente a 20% da energia total

que essa pilha poderia fornecer. c) interior da pilha, equivalente a 30% da energia total

que essa pilha poderia fornecer. d) circuito externo, equivalente a 30% da energia total

que essa pilha poderia fornecer. e) interior da pilha e no circuito externo, equivalente a

12% da energia total que essa pilha poderia fornecer. 26. (Unesp 2001) No circuito da figura, a fonte é uma bateria de fem ε=12V. o resistor tem resistência R=1000Ω, V representa um voltímetro e A um amperímetro.Determine a leitura desses medidores:a) em condições ideais, ou seja, supondo que os fios e o amperímetro não tenham resistência elétrica e a resistência elétrica do voltímetro seja infinita.b) em condições reais, em que as resistências elétricas da bateria, do amperímetro e do voltímetro são r=1,0Ω, Ra=50Ω e Rv=10000Ω, respectivamente, desprezando apenas a resistência dos fios de ligação.(Nos seus cálculos, não é necessário utilizar mais de três algarismos significativos.)

27. (Unesp 2001) O poraquê ('Electrophorus electricus') é um peixe provido de células elétricas (eletrócitos) dispostas em série, enfileiradas em sua cauda. Cada célula tem uma fem=60mV (0,060V). Num espécime típico, esse conjunto de células é capaz de gerar tensões de até 480V, com descargas que produzem correntes elétricas de intensidade máxima de até 1,0A.a) Faça um esquema representando a associação dessas células elétricas na cauda do poraquê. Indique, nesse esquema, o número n de células elétricas que um poraquê pode ter. Justifique a sua avaliação.b) Qual a potência elétrica máxima que o poraquê é capaz de gerar? 28. (Puccamp 2000) 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 amperes, 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 29. (Fuvest 1997) O circuito da figura é formado por 4 pilhas ideais de tensão V e dois resistores idênticos de resistência R. Podemos afirmar que as correntes i1 e i2, indicadas na figura, valem


a) i1 = 2 e i2 = 4

b) i1 = zero e i2 = 2

c) i1 = 2 e i2 = 2

d) i1 = zero e i2 = 4

e) i1 = 2 e i2 = zero 30. (Mackenzie 1996) No circuito a seguir, a corrente que passa pelo amperímetro ideal tem intensidade 2 A. Invertendo a polaridade do gerador de f.e.m. å2, a corrente do amperímetro mantém o seu sentido e passa a ter intensidade 1 A. A f.e.m. å2 vale:

a) 10 V b) 8 V c) 6 V d) 4 V e) 2 V 31. (Mackenzie 1996) Duas baterias têm mesma força eletromotriz (å1 = å2) e resistências internas respectivamente iguais a r1 e r2. Elas são ligadas em série a um resistor externo de resistência R. O valor de R que tornará nula a diferença de potencial entre os terminais da primeira bateria será igual a:

a) r1 + r2 b) r1 - r2 c) r2 - r1

d) r1 +

e) r1 - 32. (Ufrj 1996) A figura ilustra o dispositivo usado para medir a força eletromotriz de um gerador. Nele, um gerador de força eletromotriz igual a 12 V e resistência interna igual a 1 Ù é ligado a um fio condutor ôhmico AB, de comprimento L, seção uniforme, e resistência total RAB = 5 Ù.O polo negativo do gerador, de força eletromotriz E desconhecida, é ligado à extremidade B do condutor. Em série com esse gerador há um amperímetro ideal. A extremidade C pode ser ligada a qualquer ponto do condutor entre as extremidade A e B.

Por tentativas, verifica-se que quando a extremidade C é colocada a uma distância l/4 de A, a intensidade da corrente que passa pelo amperímetro torna-se nula.Calcule a força eletromotriz E. 33. (Unesp 1992) Um amperímetro ideal A, um resistor de resistência R e uma bateria de f.e.m. å e resistência interna desprezível estão ligados em série. Se uma segunda bateria, idêntica à primeira, for ligada ao circuito como mostra a linha tracejada da figura a seguir,


a) a diferença de potencial no amperímetro aumentará. b) a diferença do potencial no amperímetro diminuirá. c) a corrente pelo resistor aumentará. d) a corrente pelo resistor não se alterará. e) a corrente pelo resistor diminuirá. 34. (Cesgranrio 1990) Pilhas de lanterna estão associadas por fios metálicos, segundo os arranjos:

Ligando-se resistores entre os pontos terminais livres, pode-se afirmar que as pilhas estão eletricamente em: a) paralelo em I, II, e III; b) paralelo em III e IV; c) série em I, II, e III; d) série em IV e V; e) série em III e V. 35. (Unesp 1989) É dado o circuito a seguir, em que ε é uma bateria de f.e.m. desconhecida e resistência interna r também desconhecida e R é uma resistência variável. Verifica-se que, para R = 0 a corrente no circuito é i0 = 4,0 A e para R = 13,5 Ω, a corrente é i = 0,40 A.Calcule a f.e.m. ε da bateria e a sua resistência interna r.

36. (Fuvest 1989) No circuito esquematizado, onde i = 0,6 A, a força eletromotriz E vale

a) 48 V b) 36 V c) 24 V d) 12 V e) 60 V

GABARITO

1) D 2) a) R=ε²/4P; i=2P/ε b) c) 2Q/iε

c) 0,4 Ω e 1,2 V 4) B 5) a) 120 A b) 0,1 Ω c) 0,1 Ω

d) 6) C 7) D 8) E 9) D10) E 11) PM=720 W; PL=712,8 W; PR=36 W 12) D


13) a) 2 Ω b) 0,72 W 14) B 15) a) 20 A b) 8 c) 14 V

c) 1,8 Ω 17) 50 A 18) C 19) A 20) -45R/77

21) 22) a) 6Ω b) 2,5 A c) 20 V d) 12,5 W 23) a) 0,3 A b) 0,27 W c) 1/9 24) i1=1 A; i2=2 A 25) A 26) a) 12mA; 12 V b) 12,5 mA; 11,4 V 27) a) 8000 b) 480 W 28) B 29) B 30) A 31) B 32) 7,5 V 33) D 34) B35) 1,5 Ω; 6 V 36) B


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