Exercícios de Física Eletricidade Eletrodinâmica aa 01

Exercícios de Física
Eletricidade
Eletrodinâmica
aa
01 - (FUVEST SP/2011) O filamento de uma
lâmpada incandescente, submetido a uma tensão
U, é percorrido por uma corrente de intensidade i.
O gráfico abaixo mostra a relação entre i e U.
completamente cheio com 2.500 kg de água pura
à temperatura T0 = 20 °C, como mostra a figura
abaixo. A resistência R=2 que está dentro do
recipiente é, então, ligada durante certo intervalo
de tempo aos terminais de uma bateria ideal de
V = 200 V.
Dados: c H 2 O = 1cal/g°C, cesf = 0,1cal/g°C,
1cal  4J.
As seguintes afirmações se referem a essa
lâmpada.
I.
A resistência do filamento é a mesma
para qualquer valor da tensão aplicada.
II. A resistência do filamento diminui com o
aumento da corrente.
III. A potência dissipada no filamento
aumenta com o aumento da tensão
aplicada.
Dentre essas afirmações, somente
a)
b)
c)
d)
e)
I está correta.
II está correta.
III está correta.
I e III estão corretas.
II e III estão corretas.
02 - (UFU MG/2011) É muito comum em casas
que não dispõem de forno microondas, pessoas
utilizarem uma resistência elétrica ligada à
tomada para aquecer água para fazer chá ou
café. Em uma situação mais idealizada, é
possível estudar esse problema e aprender um
pouco mais de Física. Para isso, considere,
inicialmente, um sistema em equilíbrio térmico
composto por um recipiente com paredes
adiabáticas que possui em seu interior uma
esfera maciça, cujo raio é de 50 cm, a massa é
de 5 toneladas e o coeficiente de dilatação linear
é esf = 1x10–4°C–1. O restante do recipiente está
Considerando que toda a dissipação de energia
ocorrerá
apenas
na
resistência
R
e
desconsiderando a capacidade térmica da
resistência e do recipiente, responda:
a) Qual a temperatura inicial da esfera na
escala Fahrenheit?
b) Quanto tempo a resistência deve ficar
ligada para que o sistema atinja a
temperatura de equilíbrio Tf = 80 °C?
c) Quando o sistema atinge o equilíbrio, a
temperatura final da água é 80 °C, neste
caso, qual será a variação no volume da
esfera?
Sugestão:
escreva
sua
resposta em função de .
03 - (FGV/2011) 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
 Eletricidade
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Eletricidade
Eletrodinâmica
aa
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.
04 - (UNICAMP SP/2011) Quando dois metais
são colocados em contato formando uma junção,
surge entre eles uma diferença de potencial
elétrico que depende da temperatura da junção.
a) Uma aplicação usual desse efeito é a
medição de temperatura através da
leitura da diferença de potencial da
junção. A vantagem desse tipo de
termômetro, conhecido como termopar, é
o seu baixo custo e a ampla faixa de
valores de temperatura que ele pode
medir. O gráfico abaixo mostra a
diferença de potencial U na junção em
função da temperatura para um termopar
conhecido
como
Cromel-Alumel.
Considere um balão fechado que contém
um gás ideal cuja temperatura é medida
por um termopar Cromel-Alumel em
contato térmico com o balão. Inicialmente
o termopar indica que a temperatura do
gás no balão é Ti = 300K . Se o balãotiver
seu volume quadruplicado e a pressão do
gás for reduzida por um fator 3, qual será
a variação U = Ufinal – Uinicial da diferença
de potencial na junção do termopar?
b)
Outra aplicação importante do mesmo
efeito é o refrigerador Peltier. Neste
caso, dois metais são montados como
mostra a figura abaixo. A corrente que
flui pelo anel é responsável por transferir
o calor de uma junção para a outra.
Considere que um Peltier é usado para
refrigerar o circuito abaixo, e que este
consegue drenar 10% da potência total
dissipada
pelo
circuito.
Dados
R1 = 0,3, R2 = 0,4, R3 = 1,2, qual é
a corrente ic que circula no circuito,
sabendo que o Peltier drena uma
quantidade de calor Q = 540J em
t = 40s ?
05 - (UNESP/2010) A pilha esquematizada, de
resistência desprezível, foi construída usando-se,
como eletrodos, uma lâmina de cobre mergulhada
em solução aquosa, contendo íons Cu+2 (1mol.L–
1) e uma lâmina de zinco mergulhada em solução
aquosa contendo íons Zn+2 (1mol.L–1). Além da
pilha, cuja diferença de potencial é igual a 1,1
volts, o circuito é constituído por uma lâmpada
pequena e uma chave interruptora Ch. Com a
 Eletricidade
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chave fechada, o eletrodo de cobre teve um
incremento de massa de 63,5 g após 193s.
Dados:
P = U.i
Carga de um mol de elétrons = 96 500C
Massas molares (g.mol–1): Zn = 65,4; Cu
= 63,5
Cu+2 + 2 e– → Cu
Zn+2 + 2 e– → Zn
a) Qual a potência dissipada apenas pelo
trecho BC do circuito, na primeira
montagem?
b) Qual será a indicação do amperímetro,
em ampère, na segunda montagem?
TEXTO: 1 - Comum à questão: 7
OBSERVAÇÃO: Nas questões em que
necessário, adote para g, aceleração
gravidade na superfície da Terra, o valor de
m/s2; para a massa específica (densidade)
Considerando que a corrente elétrica se
manteve constante nesse intervalo de tempo,
a potência dissipada pela lâmpada nesse
período foi de:
a) 1,1 mW.
b) 1,1 W.
c) 0,55 mW.
d) 96 500 W.
e) 0,22 mW.
06 - (UFTM/2009)
Nas figuras a seguir, o
quadrilátero BCDE tem os quatro lados do
mesmo tamanho e foi construído com um mesmo
fio homogêneo e de espessura constante. Nos
dois circuitos, ele é o único elemento que
apresenta resistência elétrica não desprezível. Na
primeira montagem, o gerador de tensão
constante U=30 V é ligado aos vértices B e D do
quadrilátero e o amperímetro indica uma corrente
de 1,5A. Na segunda montagem, o mesmo
gerador foi ligado entre os vértices B e C.
for
da
10
da
água, o valor de 1000 kg/m 3  1 g/cm 3 ; para o calor
específico da água, o valor de 1,0 cal/(g º C) ; para
uma caloria, o valor de 4 joules.
07 - (FUVEST SP/2009)
Na maior parte das
residências que dispõem de sistemas de TV a
cabo, o aparelho que decodifica o sinal
permanece ligado sem interrupção, operando
com uma potência aproximada de 6 W, mesmo
quando a TV não está ligada. O consumo de
energia do decodificador, durante um mês (30
dias), seria equivalente ao de uma lâmpada de 60
W que permanecesse ligada, sem interrupção,
durante
a) 6 horas.
b) 10 horas.
c) 36 horas.
d) 60 horas.
e) 72 horas.
TEXTO: 2 - Comum à questão: 8
Presente na memória da infância de todos, o
algodão doce é o resultado da solidificação
de fios muito finos de açúcar derretido.
 Eletricidade
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Eletrodinâmica
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d) uma diminuição, já que o comprimento do
fio ficou menor.
e) uma diminuição, já que a resistividade do
fio ficou maior.
O algodão doce é produzido com o auxílio de
uma “engenhoca” muito simples. Nela, uma
pequena porção de açúcar é colocada em uma
peça cilíndrica em forma de copo. Um resistor
produz aquecimento, enquanto um motor faz o
copo girar. Quando assume finalmente a forma
líquida, o açúcar pode escapar por um dos
inúmeros furos que o copo contém em sua lateral.
Em contato com o ar mais frio, o filete de açúcar
derretido transforma-se em um fino fio que,
recolhido, assume a forma do chumaço tão
conhecido.
08 - (UFTM/2009) As máquinas modernas para
fazer algodão doce são mais seguras que suas
antecessoras, que utilizavam a queima de álcool
para o derretimento do açúcar. As atuais utilizamse da capacidade de aquecimento de fios
condutores, quando submetidos a uma diferença
de potencial.
Após muitos anos de uso, o fio resistivo de uma
dessas últimas máquinas se rompeu. O
proprietário da máquina, um autêntico “conserta
tudo”, desmontou-a e, percebendo que o
rompimento do fio resistivo se dera em um ponto
próximo ao terminal em que é conectado, não
pensou duas vezes: descartou o pequeno pedaço
rompido e conectou a extremidade livre do maior
pedaço do fio ao ponto em que se encontrava
conectado o pedaço pequeno. Consertada, a
máquina podia continuar sendo ligada à diferença
de potencial para a qual fora projetada, só que
agora, com um resistor mais curto que o original.
Com respeito à potência elétrica dissipada após o
conserto da máquina, pode-se esperar que ocorra
a) um aumento, já que o comprimento do fio
ficou menor.
b) um aumento, já que a resistividade do fio
ficou menor.
c) nenhuma alteração, já que a máquina
continua sendo ligada sob a tensão para
a qual foi construída.
TEXTO: 3 - Comum à questão: 9
O Sol é uma fonte de energia limpa, inesgotável,
gratuita e ecologicamente correta. Por esse
motivo, a busca por soluções na captação dessa
energia vem se aprimorando diariamente, já que,
em contrapartida, o custo de energia elétrica tem
aumentado, em média, 40% acima da inflação, no
Brasil, sendo a tendência subir ainda mais. Além
disso, o custo da infraestrutura elétrica de um
chuveiro pode ser até o dobro do custo de um
sistema de aquecimento central solar.
Outro dado importante, segundo a CPFL
(Companhia Paulista de Força e Luz), é que um
chuveiro elétrico representa de 25% a 35% da
conta de luz nas residências. Aproveitar a energia
renovável do Sol para aquecer a água é a melhor
solução, principalmente no Brasil, onde a
incidência solar é alta.
Um aquecedor solar de água conta basicamente
com um coletor solar e um reservatório térmico
com capacidade entre 300 a 1 000 litros. O
coletor, ou placa solar, deve estar posicionado em
direção ao Norte geográfico para usufruir o maior
tempo de incidência de Sol. As placas solares
podem ser integradas à arquitetura de diversas
maneiras, sendo a mais comum a fixação sobre o
telhado.
(Bosh. Adaptado)
09 - (UFTM/2009)
“... um chuveiro elétrico
representa de 25% a 35% da conta de luz nas
residências.”
Suponha que, em determinada casa, o uso do
chuveiro elétrico represente 25% do valor da
conta de luz. Admita ainda que essa residência
possui um chuveiro de potência 4 400 W.
Se os moradores dessa casa demoram
diariamente 45 minutos com o chuveiro
funcionando, a energia, em kWh, que deve
normalmente vir registrada na “conta mensal de
luz” dessa residência é
a) 328.
b) 340.
c) 366.
 Eletricidade
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Eletricidade
Eletrodinâmica
aa
d) 382.
e) 396.
TEXTO: 4 - Comum à questão: 10
A tabela abaixo mostra a quantidade de alguns
dispositivos elétricos de uma casa, a potência
consumida por cada um deles e o tempo efetivo
de uso diário no verão.
Dispositivo
Potência
Quantidade
(kW)
ar - condiciona do
geladeira
lâmpada
2
1
10
1,5
0,35
0,10
Tempo efetivo
de uso diário
(h)
8
12
6
Considere os seguintes valores:
• densidade absoluta da água: 1,0 g/cm 3
• calor específico da água: 1,0 calg–1 ºC–1
• 1 cal = 4,2 J
• custo de 1 kWh = R$ 0,50
10 - (UERJ/2010) Durante 30 dias do verão, o
gasto total com esses dispositivos, em reais, é
cerca de:
a) 234
b) 513
c) 666
d) 1026
GABARITO:
1) Gab: C
2) Gab:
a)
68°F.
b)
10h.
c)
3
m3.
1.000
3) Gab: C
4) Gab:
a)
U = 4mV
b)
i = 15A
5) Gab: A
6) Gab:
a) 11,25 W
b) 2 A
7) Gab: E
8) Gab: A
9) Gab: E
10) Gab: B
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