geradores, receptores e capacitores - física i

CENTRO EDUCACIONAL SESC CIDADANIA
Professor: Vilson Mendes
Lista de exercícios de Física I
Lista 7 – Geradores, Receptores e Capacitores
∞ENSINO MÉDIO ∞
Data
Aluno (a):
1. Um gerador elétrico mantém entre seus terminais
uma tensão U1 = 12 V quando percorrido por corrente
elétrica de intensidade i1 = 1,5 A. Quando atravessado
por uma corrente de intensidade i2 = 2 A, a tensão em
seus terminais passa a ser U2 = 11 V. Determine, para
esse gerador:
a) a força eletromotriz ε e a resistência elétrica
interna r;
b) sua equação característica.
2. Uma bateria comum de automóvel tem força
eletromotriz ε = 12 V. Um amperímetro ideal
conectado diretamente aos terminais dessa bateria
acusa a passagem de uma corrente elétrica de
intensidade i = 30 A. Determine:
a) a resistência elétrica interna dessa bateria.
b) sua equação característica.
NOTA:
SÉRIE/TURMA
3ª
6. Para o circuito representado abaixo, calcule a
intensidade da corrente elétrica que atravessa o
gerador e a ddp nos terminais do resistor de 5 Ω.
7. O diagrama abaixo mostra as curvas características
de dois geradores, A e B.
3. A figura abaixo mostra a curva característica de um
gerador elétrico.
Determine:
a) a fem ε e a resistência elétrica interna r equivalente
à associação em série dos geradores A e B;
b) a ddp U mantida nos terminais da associação,
quando a intensidade de corrente elétrica através dos
geradores é de 4 A.
Determine sua fem ε, sua resistência interna r e a
intensidade da corrente de curto-circuito icc.
8. No circuito esquematizado a seguir, determine a
potência dissipada pela lâmpada L, cuja resistência
elétrica vale 4 Ω.
4. Uma bateria de força eletromotriz 12 V e resistência
interna 1 Ω é ligada aos terminais de dois resistores
com resistências, R2 e R3, ligadas em série. Se R2 = 3
Ω, quanto deve ser o valor de R3 para que a corrente
na resistência interna da bateria seja de 1,5 A?
5. No circuito da figura abaixo, determine a
intensidade da corrente elétrica fornecida pela bateria.
9. Um receptor elétrico possui força contraeletromotriz
ε' = 100 V e resistência elétrica interna r' = 5 Ω.
a) Qual é a equação característica desse receptor?
b) Represente em um diagrama U × i a curva
característica desse receptor.
10. Um motor elétrico é submetido a uma ddp de 12 V,
sendo atravessado por uma corrente elétrica de
intensidade 3 A. Mudando-se a tensão para 15 V, a
corrente passa a ter intensidade 6 A. Determine
a fcem ε' e a resistência interna r' desse motor elétrico.
11. A figura a seguir mostra um circuito constituído por
um gerador e um receptor.
Determine:
a) a intensidade da corrente elétrica;
b) a ddp entre A e B;
c) o rendimento do gerador.
Determine:
a) a capacitância eletrostática do capacitor;
b) a energia potencial elétrica por ele armazenada.
17. No circuito esquematizado, a força eletromotriz da
bateria é ε = 10 V e sua resistência interna é r = 1,0 Ω.
12. A figura abaixo mostra um circuito elétrico
constituído por um gerador (28 V/1 Ω), um motor
elétrico (20 V/2 Ω), uma lâmpada com resistência
elétrica 5 Ω, um amperímetro ideal e um voltímetro
ideal.
Sabendo que R = 4,0 Ω e C = 2,0 μF, e que o
capacitor já se encontra totalmente carregado,
determine:
a) a indicação do amperímetro ideal;
b) a tensão entre os pontos a e b;
c) a carga elétrica armazenada no capacitor.
Nessas condições:
a) esboce esquematicamente este circuito elétrico
utilizando os símbolos adequados;
b) determine as indicações do amperímetro e do
voltímetro;
c) determine a potência elétrica dissipada na lâmpada;
d) determine o rendimento do motor.
18. No circuito da figura abaixo, o capacitor armazena
4 mJ de energia com a chave Ch na posição A.
13. No circuito mostrado a seguir, a corrente que
passa pelo amperímetro ideal tem intensidade 2 A.
Levando a chave Ch para a posição B, determine a
intensidade da corrente elétrica que passará pelo
gerador.
REVISANDO O CONTEÚDO
Invertendo-se a polaridade do gerador de fem ε2, a
corrente no amperímetro mantém seu sentido, mas
passa a ter intensidade 1 A. Determine a fem ε2.
1. (UEM-PR) O gráfico a seguir representa a curva
característica de um gerador elétrico. Assinale a
alternativa que apresenta corretamente a equação do
gerador.
14. Um capacitor com capacidade 5 μF é conectado
aos terminais de uma bateria ideal de fem 12 V.
Determine a carga elétrica e a energia potencial
elétrica armazenada pelo capacitor.
15. Um capacitor armazena uma carga elétrica de 4 ·
-4
-2
10 C e uma energia potencial elétrica de 8 · 10 J.
Determine a capacidade do capacitor e a ddp entre
suas armaduras.
16. No circuito mostrado a seguir, o capacitor
encontra-se eletrizado com uma carga elétrica de
400 μC.
a) U = 20 – 2i
b) U = 10 – 5i
c) U = 10 – 20i
d) U = 20 + 10i
e) U = 10 – 2i
2. (UFJF-MG) Nos dois circuitos a seguir, as quatro
baterias são idênticas, assim como as duas lâmpadas.
Comparando o brilho das lâmpadas nos dois circuitos,
assinale a alternativa correta sobre qual delas brilha
mais.
a) A lâmpada do circuito 1, porque as duas baterias
em série fornecem voltagem menor que uma única
bateria.
b) A lâmpada do circuito 1, porque as duas baterias
em série fornecem voltagem maior que uma única
bateria.
c) A lâmpada do circuito 2, porque as duas baterias
em paralelo fornecem voltagem menor que uma única
bateria.
d) A lâmpada do circuito 2, porque as duas baterias
em paralelo fornecem voltagem maior que uma única
bateria.
e) Ambas brilham igualmente.
3. (UEM-PR) Se a bateria de automóveis é uma
associação de seis pilhas de chumbo, cada uma com
um potencial de 2,0 V, as seis pilhas ligadas em série
fornecerão uma voltagem de:
a) 6,0 V
b) 24,0 V
c) 12,0 V
d) 3,0 V
e) 2,0 V
4. (UFPB) Uma bateria de força eletromotriz 14 V e
resistência interna 2 Ω é conectada a um resistor com
resistência igual a 5 Ω, formando um circuito elétrico
de uma única malha, conforme representação a
seguir.
Nesse contexto, quando o voltímetro é ligado aos
pontos a e b do circuito, a leitura correta desse
voltímetro é:
a) 10 V
b) 15 V
c) 20 V
d) 25 V
e) 30 V
5. (Unifesp) Uma das mais promissoras novidades
tecnológicas atuais em iluminação é um diodo emissor
de luz (LED) de alto brilho, comercialmente conhecido
como luxeon. Apesar de ter uma área de emissão de
2
luz de 1 mm e consumir uma potência de apenas 1,0
W, aproximadamente, um desses diodos produz uma
iluminação equivalente à de uma lâmpada
incandescente comum de 25 W. Para que esse LED
opere dentro de suas especificações, o circuito da
figura é um dos sugeridos pelo fabricante: a bateria
tem fem ε = 6,0 V (resistência interna desprezível) e a
intensidade da corrente elétrica deve ser de 330 mA.
Nessas condições, pode-se concluir que a resistência
do resistor R deve ser, em ohm, aproximadamente de:
a) 2,0
b) 4,5
c) 9,0
d) 12
e) 20
6. (UPE) No circuito elétrico a seguir, considere o
gerador com ε = 10 V e r = 1 Ω.
Analise as afirmativas abaixo.
(1) A corrente elétrica no circuito vale 2 A.
(3) A potência dissipada pelo resistor de 10 Ω é de 10
W.
(5) O rendimento do gerador é de 80%.
(7) A diferença de potencial entre os pontos A e B vale
8 V.
A soma dos números entre parênteses que
corresponde às proposições corretas é igual a:
a) 16
b) 15
c) 1
d) 8
e) 13
7. (Puccamp-SP) Uma bateria é constituída por cinco
elementos, cada um com fem ε = 1,0 V e resistência
interna r = 0,10 Ω, associados em série. Aos terminais
dessa bateria é ligada uma associação de resistores,
como mostra o esquema.
A potência elétrica dissipada pela associação de
resistores, em watt, vale:
a) 30
b) 20
c) 12
d) 8,0
e) 4,5
8. (UPE) No circuito elétrico a seguir, estão
representados dois geradores idênticos, com ε = 12 V
e r = 1 Ω. O amperímetro e o voltímetro são ideais.
Analise as proposições a seguir e julgue-as como
verdadeiras (V) ou falsas (F).
( ) A leitura do amperímetro é de 2 A.
( ) A leitura do voltímetro é de 10 V.
( ) A resistência equivalente do circuito é de 12 Ω.
( ) A potência dissipada no resistor de 10 Ω é de 40W.
( ) O rendimento do gerador entre os pontos C e B é
de aproximadamente 83,33%.
9. (UEM-PR) Duas pilhas, cada uma com força
eletromotriz 3,0 V e com resistência interna 1,0 Ω, são
conectadas para acender uma lâmpada com valores
nominais de 4,8 V e 0,6 A. Considere que valores
menores que os nominais não acendem a lâmpada e
maiores que esses vão queimá-la.
Dê como resposta a soma dos números que
precedem as proposições corretas.
01) Para que a lâmpada acenda, as pilhas devem ser
associadas em série, conforme esquema do circuito
elétrico abaixo.
02) O gráfico abaixo representa as variações do
potencial em um circuito elétrico projetado para fazer a
lâmpada acender.
04) A potência dissipada na lâmpada é 2,88 W.
08) A força eletromotriz equivalente do circuito
adequado para acender a lâmpada é 1,2 V.
16) Para que a lâmpada acenda, as pilhas devem ser
conectadas em paralelo.
10. (UFRJ) Uma bateria ideal de força eletromotriz ε
está ligada a um circuito como ilustra a figura a seguir.
Calcule a diferença de potencial VA – VB entre os
pontos terminais A e B em função de ε.
11. (Puccamp-SP) 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 contraeletromotriz 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 ohm, vale:
a) 2,0
b) 3,0
c) 5,0
d) 10
e) 20
12. (Uece) No circuito da figura a seguir, ε1 = 12 V,
ε2 = 24 V, r1 = r2 = 3 Ω e R = 6 Ω.
O potencial elétrico, em volt, no ponto X é:
a) superior a 1 V e inferior a 3 V.
b) superior a 3 V e inferior a 12 V.
c) indeterminado.
d) superior a 12 V
13. (UFSC) Uma determinada lanterna funciona com
quatro pilhas ideais de 1,5 V, ligadas em série, que
alimentam uma lâmpada de resistência constante.
Numa primeira situação, quando as pilhas estão
ligadas corretamente, passa através da lâmpada uma
corrente elétrica de intensidade 1,0 A. Numa segunda
situação, uma das pilhas é invertida, mantendo o
contato entre os polos.
Em relação às situações apresentadas, assinale a(s)
proposição(ões) correta(s).
01) A diferença de potencial na lâmpada, na segunda
situação, é a metade da primeira.
02) A lanterna não irá funcionar na segunda situação,
pois não haverá passagem de corrente elétrica.
04) A resistência elétrica do filamento da lâmpada é
de 6 Ω.
08) A potência elétrica dissipada na segunda situação
é quatro vezes menor do que na primeira.
16) A lanterna irá entrar em curto-circuito na segunda
situação.
32) Na primeira situação, as pilhas estão ligadas em
série, logo a corrente elétrica é a mesma em todo o
circuito, ao contrário da segunda situação, onde a
corrente é diferente em cada pilha.
Dê como resposta a soma dos números que
precedem as proposições corretas.
14. (Uece) A figura a seguir mostra um circuito elétrico
formado por um capacitor, uma bateria e uma chave.
Após a chave ter ficado ligada por um longo período
de tempo, a carga no capacitor, em μC, é
aproximadamente:
a) 0,5
b) 2,0
c) 72,0
d) 12,0
15. (UFPE) Um capacitor, em equilíbrio eletrostático
sob uma tensão de 12 V entre as suas placas,
armazena uma quantidade de energia potencial
–4
eletrostática igual a 3,6 · 10 J. Pode-se afirmar que a
capacitância de tal capacitor vale:
–6
a) 2 · 10 F
–6
b) 3 · 10 F
–6
c) 4 · 10 F
–6
d) 5 · 10 F
–6
e) 3 · 10 F
16. (UFPR) Capacitores são dispositivos que podem
armazenar energia quando há um campo elétrico em
seu interior, o qual é produzido por cargas elétricas
depositadas em suas placas. O circuito a seguir é
formado por um capacitor C de capacitância 2 μF e
por duas fontes de fem, consideradas ideais, com ε1 =
10 V e ε2 = 15 V.
Assinale a alternativa correta para a energia elétrica
armazenada no capacitor C.
–6
a) 625 · 10 J
–6
b) 225 · 10 J
–6
c) 25 · 10 J
–6
d) 50 · 10 J
–6
e) 75 · 10 J
17. (UFPB) Considere dois capacitores (A e B)
isolados, com capacitâncias CAe CB, respectivamente,
com CA > CB. Nesse contexto, a diferença de potencial
entre as placas do capacitor A é representada por VA e
a do capacitor B, por VB; a carga do capacitor A é
representada por QA e a do capacitor B, por QB. Com
base nessas informações, identifique as proposições
verdadeiras:
01) VA > VB quando QA = QB.
02) QA > QB quando VA = VB.
04) CA e CB dependem de QA e QB.
08) VA duplica quando QA é duplicado.
16) CA e CB independem de VA e VB.
Dê como resposta a soma dos números que
precedem as proposições corretas.
18. (Unicamp-SP) Quando um rolo de fita adesiva é
desenrolado, ocorre uma transferência de cargas
negativas da fita para o rolo, conforme ilustrado na
figura. Quando o campo elétrico criado pela
distribuição de cargas é maior que o campo elétrico de
ruptura do meio, ocorre uma descarga elétrica. Foi
demonstrado recentemente que essa descarga pode
ser utilizada como uma fonte econômica de raios X.
–
Para um pedaço da fita de área A = 5,0 · 10
4
2
m mantido a uma distância constante d = 2,0 mm do
rolo, a quantidade de cargas acumuladas é igual
a Q = C · V, sendo V a diferença de potencial entre a
fita desenrolada e o rolo e C = ε0 · em que ε0 ≃ 9,0 ·
–12
10 C/(Vm). Nesse caso, a diferença de potencial
–9
entre a fita e o rolo para Q = 4,5 · 10 C é de:
2
a) 1,2 · 10 V
–4
b) 5,0 · 10 V
3
c) 2,0 · 10 V
–20
d) 1,0 · 10 V
19. (Unama-PA) Uma das aplicações de um capacitor
é o fornecimento de energia elétrica para uma
lâmpada, chamada flash, anexada nas máquinas
fotográficas. Considere que o circuito de uma máquina
seja o apresentado a seguir, onde temos uma pilha
para carregar o capacitor C, uma chave (ch) que pode
fazer contato com os pontos A e B, e um ponto
neutro N. A linha curva pontilhada é apenas para
indicar que o percurso da chave é giratório.
Observando e analisando o circuito podemos afirmar
que:
a) quando a chave ch está conectada na posição A, e
o capacitor já está carregado, a corrente no circuito é
a máxima possível fornecida pela pilha.
b) para carregar o capacitor a chave deve estar na
posição B.
c) a lâmpada flash acende quando a chave é colocada
na posição A.
d) a lâmpada flash acende quando a chave é colocada
na posição B.
20. (UFPA) A maioria dos equipamentos elétricos ou
eletrônicos possui em seus circuitos capacitores de
forma isolada ou em associações com diversas
finalidades. Na montagem a seguir, efetuada em
laboratório, foram ligadas, na forma indicada no
circuito, três lâmpadas incandescentes iguais, de
valores nominais 6 V/12 W, um capacitor de
–6
capacitância 5 · 10 F e uma bateria de 12 V, com
resistência interna desprezível, e com interligações
feitas por duas chaves K1 e K2.
Considerando que o capacitor sempre está
inicialmente descarregado e que todas as operações
descritas na montagem são independentes e iniciam
no instante t = 0, analise as afirmativas a seguir.
1. Fechando K1 e
mantendo K2 aberta, L1 e L2 acendem
momentaneamente e apagam a seguir.
2. Fechando K2 e mantendo K1 aberta, L1, L2 e L3 não
acendem e apenas o capacitor é carregado.
3. Sendo fechadas ao mesmo tempo as
chaves K1 e K2, o capacitor será carregado com carga
–5
igual a 3 · 10 C.
4. Com as duas chaves fechadas, após alguns
instantes circulará uma corrente de 2 A nas
lâmpadas L1 e L3.
De acordo com os dados fornecidos e com o circuito
apresentado, estão corretas as afirmativas:
a) 3 e 4
b) 2 e 4
c) 2, 3 e 4
d) 1, 2 e 3
e) 1, 3 e 4
Gabarito
1. a) ε = 15 V e r = 2 Ω
b) U = 15 – 2i
2. a) 0,4 Ω
b) U = 12 – 0,4i
3. ε = 6 V, r = 2 Ω e icc = 3,0 A
4. 4 Ω
5. 2 A
6. 1,2 A e 6 V
7. a) ε = 18 V e r = 2,5 Ω
b) 8 V
8. 16 W
9. a) U = 100 + 5i
b)
10. ε’ = 9 V e r’ = 1 Ω
11. a) 5 A
b) 11 V
c) 91,7%
12.
a)
b) 1 A e 5 V
c) 5 W
d) 90,9 %
13. 10 V
14. 60 µC e 360 µJ
15. 1 µF e 400 V
16. a) 2 µF
b) 0,04 J
17. a) 2 A
b) 8 V
c) 16 µC
18. 2 A
Revisando o conteúdo
1. a
2. b
3. c
4. a
5. c
6. e
7. e
8. VFVVV
9. 06
10. ε/3
11. d
12. c
13. 13
14. c
15. d
16. a
17. 26
18. c
19. d
20. e