Problemas Resolvidos de Física

Problemas Resolvidos de Física
Prof. Anderson Coser Gaudio – Depto. Física – UFES
RESNICK, HALLIDAY, KRANE, FÍSICA, 4.ED., LTC, RIO DE JANEIRO, 1996.
FÍSICA 3
CAPÍTULO 33 – CIRCUITOS DE CORRENTE CONTÍNUA
13. Uma célula solar gera uma diferença de potencial de 0,10 V quando ligada a um resistor de 500
Ω e uma diferença de potencial de 0,16 V quando ligada a um resistor de 1.000 Ω. Quais são (a)
a resistência interna e (b) a fem da célula solar? (c) A área da célula é 5,0 cm2 e a intensidade da
luz que a atinge é 2,0 mW/cm2. Qual a eficiência da célula em converter energia da luz em
energia interna no resistor de 1.000 Ω?
(Pág. 127)
Solução.
Considere o seguinte esquema da situação:
R1
R2
i1
i2
a
r
ε
b
a
r
ε
b
Célula solar
(a) Aplicando-se a lei das malhas de Kirchhoff ao circuito da esquerda teremos:
ε − i1 R1 − i1r =
0
=
ε i1 ( R1 + r )
(1)
Fazendo o mesmo para o circuito da direita:
=
ε i2 ( R2 + r )
(2)
Igualando-se (1) e (2) e resolvendo-se para r:
i R −i R
r= 1 1 2 2
i2 − i1
(3)
Agora temos de calcular as correntes i1 e i2. Para isso basta se utilizar das diferenças de potencial
nos terminais dos resistores R1 e R2.
=
i1
Vab
=
R1
=
i2
Vab
=
R2
( 0,10 V=) 2, 0 ×10−4 A
( 500 Ω )
) 1, 6 ×10−4 A
( 0,16 V=
(1.000 Ω )
Substituindo-se esses valores em (3):
=
r
( 2, 0 ×10
−4
A ) ( 500 Ω ) − (1, 6 ×10−4 A ) (1.000 Ω ) i2 R2
= 1.500 Ω
(1, 6 ×10−4 A ) − ( 2, 0 ×10−4 A )
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Resnick, Halliday, Krane - Física 3 - 4a Ed. - LTC - 1996.
Cap. 33 – Circuitos de Corrente Contínua
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r ≈ 1,5 kΩ
(b) Da Eq. (1), temos:
=
ε i1 ( R1 + r=
)
( 2, 0 ×10
−4
A ) ( 500 Ω ) + (1.500 Ω ) 
ε = 0, 40 V
(c) A eficiência e da célula é a razão entre a potência dissipada pelo resistor R1 ou R2 (PR) e a
potência recebida do Sol pela célula (PS). Esta é o produto da intensidade da luz solar que atinge a
célula I e a área A da célula.
(1, 6 ×10−4 A ) (1.000 Ω )= 2,56 ×10−3
PR i23 R2
e =
=
=
W 
PS
IA 
−3
5, 0 cm 2 )
 2, 0 ×10
2 (
cm 

2
e ≈ 0, 26 %
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Cap. 33 – Circuitos de Corrente Contínua
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