Roteiro de estudos VIII - if

INSTITUTO DE FÍSICA UFRGS
FÍSICA GERAL ELETROMAGNETISMO (FIS01182)
Roteiro de estudos VIII
CIRCUITOS
I. Introdução:
Talvez você não esteja familiarizado com o conceito de força eletromotriz. Mas, por outro
lado, você certamente está bastante acostumado a lidar com pilhas, baterias e outros geradores
elétricos. Todos estes dispositivos são capazes de manter uma diferença de potencial entre dois
pontos aos quais eles estejam ligados e são chamados de fontes de força eletromotriz (f.e.m. ou,
mais simplesmente, fem). Neste capítulo, as fontes de força eletromotriz não serão analisadas do
ponto de vista de sua construção ou do modo como agem, mas será feita uma descrição de suas
propriedades elétricas. As fontes de f em são dispositivos que transformam reversivelmente energia
química, mecânica ou de outra natureza, em energia elétrica.
Vamos investigar a utilidade das fontes de f em como elementos de circuitos elétricos, que
são também objeto de estudo deste capítulo. É enorme a utilidade dos circuitos; você sabe que
até mesmo para acender uma pequena lâmpada ou lanterna não basta encostála numa pilha?
É preciso que se estabeleça um circuito fechado. Assim como foi feito no capítulo anterior com
os capacitores, neste capítulo você aprenderá a calcular resistências equivalentes a conjuntos de
resistores ligados em série ou em paralelo.
Serão abordados aqui apenas os aspectos elementares dos circuitos elétricos. Circuitos mais
complexos constituem assunto para cursos inteiros. Veremos apenas circuitos muito simples, constituídos apenas de os condutores, resistores e geradores, que serão analisados e resolvidos através
das Leis de Kirchho. Usando novamente a analogia com a água, poderseia dizer que os os fazem o papel dos canos numa instalação hidráulica, os geradores, que atuam no sentido de deslocar
as cargas de um ponto de potencial mais baixo para outro de potencial mais alto, fazem o papel
das bombas que elevam a água de um ponto de potencial menor para outro de potencial maior, e os
resistores fazem o papel de obstáculos ao curso da água, como por exemplo, um estrangulamento
da tubulação.
Ao nal do capítulo será estudado o primeiro dos circuitos simples envolvendo correntes variáveis com o tempo: o circuito RC série, o qual será objeto de estudo de uma atividade
experimental.
No Roteiro de estudos seguinte será iniciado o estudo do Magnetismo.
II. Objetivos:
Ao término deste capítulo você deverá ser capaz de:
1) Denir o que é força eletromotriz e entender o funcionamento de um dispositivo que a
produz.
2) Dizer qual a diferença, em um gerador, entre sua força eletromotriz e a diferença de potencial
entre seus terminais.
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3) Calcular a potência e a energia elétricas fornecidas por um gerador a um circuito.
4) Aplicar as Leis de Kirchho para calcular a intensidade da corrente elétrica ou a diferença
de potencial entre dois pontos quaisquer de um circuito simples.
5) Calcular a resistência equivalente de uma associação de resistores em série, paralelo ou
misto.
6) Entender o funcionamento dos instrumentos de medidas elétricas mais comuns (alguns já
conhecidos na Atividade experimental I).
7) Entender o funcionamento de um circuito RC série, tanto no processo de carga quanto
do processo de descarga do capacitor.
8) Entender o signicado da constante de tempo no circuito RC série.
III. Procedimento sugerido:
{Livrotexto: Fundamentos de Física, D. Halliday, R. Resnick e J. Walker, vol. 3, 8a ed., LTC, 2009.}
1. Objetivos 1 e 2:
a) Leia as seções 271, 2 e 3 do livrotexto.
b) Enuncie a diferença entre entre dispositivos ideal e real de fem.
c) Resolva os P 272 e 4.
2. Objetivos 3, 4, 5 e 6:
a) Leia as seções 274, 5, 6, 7 e 8 do livrotexto.
b) Tente reescrever, com suas próprias palavras, as leis de Kirchho.
c) Refaça com cuidado os E 281, 2, 3 e 4. Atenção às "Táticas..."!
d) Responda às perguntas 271, 3, 6, 8 e 9.
e) Resolva os P 276, 12, 13, 19, 20, 27, 37, 42, 51, 52, 70, 72, 74 e 77.
2. Objetivos 7 e 8
a) Leia seção 279 do livrotexto.
b) Entenda bem os processos de carga e de descarga do capacitor no circuito RC série.
c) Escreva, com suas próprias palavras, o signicado da constante de tempo capacitiva.
d) Responda à pergunta 10 e resolva os P 2760, 62, 64, 65 e 94.
IV. Respostas de problemas:
2) 14, 4 h.
4) (a) $320; (b) $0, 048.
6) (a) 0, 5 A; (b) 1, 0 W ; (c) 2, 0 W ; (d) 6, 0 W ; (e) 3, 0 W ; (f) fornecendo.
12) (a) 990 Ω; (b) 9, 4 × 10−4 W .
52) (a) 12, 5 V ; (b) 50 A.
20) (a) r1 = 0, 20 Ω; (b) r2 = 0, 30 Ω.
60) t > 4, 6τ .
64) (a) 10−3 C ; (b) 10−3 A.
42) (a) −q ; (b)
πm
.
qB
62) (a) 2, 175; (b) 39, 6mV .
72) (a) 80 mA; (b) 0, 13 A; (c) 0, 40 A.
94) 250 µJ .
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