Caderno de Questoes 1 Física 2 ano

CADERNO DE QUESTÕES FISICA 2O ANO ELTON PITA I BIM 2017 1. O gráfico representa a intensidade de corrente i em um fio condutor, em função do tempo transcorrido t. a) Calcule a carga elétrica que passa por uma seção do fio condutor nos dois primeiros segundos. b) Sendo e = 1,6.10-­‐19C a carga elétrica elementar, calcule o número de elétrons que atravessam uma seção transversal do fio nos três primeiros segundos. 2. (UFC-­‐CE) Um receptor de rádio, quando em funcionamento, requer de sua bateria uma corrente i = 1,6.10-­‐2A. Cada vez que dois elétrons saem do catodo (polo negativo da bateria), um átomo desse catodo reage quimicamente com o eletrólito, dando origem a uma molécula de nova substância. Quantas dessas moléculas serão formadas em uma hora de funcionamento do rádio? A carga do elétron em valor absoluto vale 1,6.10-­‐19C. 3. (Unicamp-­‐SP) Uma loja teve sua fachada decorada com 3000 lâmpadas de 0,5W cada para o Natal. Essas lâmpadas são do tipo pisca-­‐pisca e ficam apagadas 75% do tempo. a) Qual a potência total dissipada se 30% das lâmpadas estiverem acesas simultaneamente? b) Qual a energia gasta (em kWh) com essa decoração ligada das 20h até as 24h? c) Considerando que o kWh custa R$ 0,30, qual seria o gasto da loja durante 30 dias? 4. (UFPR) Considere que uma pessoa tome diariamente um banho de 15 minutos de duração e que utilize para isso um chuveiro elétrico de 4000W de potência. Determine o quanto essa pessoa irá pagar pela energia elétrica consumida em 30 dias, caso 1 kWh custe R$ 0,30. 5. Entre dois pontos de um condutor, deslocam-­‐se 1,0.1018 elétrons por segundo, sendo posta em jogo a potência de 48W. Sendo e = 1,6.10-­‐19C, calcule a ddp entre os dois pontos. 6. Através de uma seção transversal de um condutor, passam, da direita para a esquerda, 1,0 × 1020 elétrons em 10 s. Sendo a carga elementar e = 1,6 × 10-­‐19 C, determine a intensidade de corrente que corresponde a esse movimento e indique seu sentido convencional. 7. Um condutor é percorrido por uma corrente de intensidade 20 A. Calcule o número de elétrons por segundo que passam por uma seção transversal do condutor (e = 1,6 × 10-­‐19 C). 8. Um fio de cobre, de área de seção transversal 8,0 × 10-­‐3 cm2, é percorrido por uma corrente elétrica de 2,0 A. Determine a velocidade média dos elétrons que constituem a corrente elétrica, sabendo que existem 8,4 × 1022 elétrons livres/cm3. (A carga elétrica elementar vale: e = 1,6 × 10-­‐19 C). 9. Uma corrente elétrica de intensidade 10 A é mantida em um condutor metálico durante 4 min. Determine, para esse intervalo de tempo: a) a carga elétrica que atravessa uma seção do condutor; b) o número de elétrons que atravessam a referida seção. (A carga elétrica de um elétron tem valor absoluto de e = 1,6 × 10-­‐19 C). 10 O gráfico representa a intensidade da corrente que percorre um condutor em função do tempo. Determine a carga elétrica que atravessa uma seção transversal entre os instantes t = 1 s e t = 3 s. 11. Em um chuveiro elétrico, a ddp em seus terminais vale 220 V e a corrente que o atravessa tem intensidade 10 A. Qual a potência elétrica consumida pelo chuveiro? 12. Em um aparelho elétrico lê-­‐se: 600 W — 120 V. Estando o aparelho ligado corretamente, calcule: a) a intensidade da corrente que o atravessa; b) a energia elétrica (em kWh) consumida em 5 h. 13. Um fio percorrido por uma corrente de 1,0 A deve conduzir, através de uma seção transversal, uma carga de 3,6 C. Qual o intervalo de tempo necessário para que isso ocorra? 14. (IME-­‐RJ) A intensidade da corrente elétrica em um condutor metálico varia, com o tempo, de acordo com o gráfico abaixo. Sendo a carga elementar e = 1,6 × 10-­‐19 C, determine: a) a carga elétrica que atravessa uma seção do condutor em 8 s; b) o número de elétrons que atravessa uma seção do condutor durante esse mesmo tempo; c) a intensidade média de corrente entre os instantes zero e 8 s. 15. (UFG-­‐GO) As cargas e os tempos de duração das baterias de 6 V, para um certo tipo de telefone celular, são dados na tabela abaixo. Carga (Ah) tempo (min) 0,30 40 0,38 50 0,55 70 0,80 110 1,10 150 a) Qual a quantidade de carga (em coulombs) fornecida pela bateria de 0,80 Ah? b) Calcule a intensidade média da corrente elétrica e a potência média fornecidas pela bateria de 0,80 Ah. 16. (Vunesp) Um aparelho elétrico para ser ligado no acendedor de cigarros de automóveis, comercializado nas ruas de São Paulo, traz a seguinte instrução: Tensão de alimentação: 12 W Potência consumida: 180 V Essa instrução foi escrita por um fabricante com bons conhecimentos práticos, mas descuidado quanto ao significado e uso corretos das unidades do SI (Sistema Internacional), adotado no Brasil. a) Reescreva a instrução, usando corretamente as unidades de medida do SI. b) Calcule a intensidade da corrente elétrica utilizada pelo aparelho. 17. (Vunesp) Normalmente, os aparelhos elétricos têm um manual de instruções ou uma plaqueta que informam a potência que absorvem da rede elétrica para funcionar. Porém, se essa informação não estiver disponível, é possível obtê-­‐la usando o medidor de energia elétrica da entrada da residência. Além de mostradores que permitem a leitura do consumo de cada mês, o medidor tem um disco que gira quando a energia elétrica está sendo consumida. Quanto mais energia se consome, mais rápido gira o disco. Usando esse medidor, um estudante procedeu da seguinte forma para descobrir a potência elétrica de um aparelho que possuía. • Inicialmente, desconectou todos os aparelhos das tomadas e apagou todas as luzes, e o disco cessou de girar. • Em seguida, ligou apenas uma lâmpada de potência conhecida e mediu o tempo que o disco levou para dar uma volta completa. • Prosseguindo, ligou ao mesmo tempo duas, depois três, depois quatro,... lâmpadas conhecidas, repetindo o procedimento da medida. A partir dos dados obtidos, construiu o gráfico do tempo gasto pelo disco para dar uma volta completa em função da potência absorvida da rede, mostrado na figura. • Finalmente, ligando apenas o aparelho cuja potência desejava conhecer, observou que o disco levava aproximadamente 30 s para dar uma volta completa. a) Qual a potência do aparelho? b) O tempo gasto pelo disco e a potência absorvida são grandezas diretamente proporcionais ou inversamente proporcionais? Justifique sua resposta. 18. Sabendo-­‐se que 20 lâmpadas de 100 watts e 10 de 200 watts permanecem acesas 5 horas por dia, pergunta-­‐se: qual o consumo de energia elétrica, em kWh, no período de 30 dias? 19. (Fuvest-­‐SP) Um kWh é a energia consumida por um aparelho de 1.000 W funcionando durante uma hora. Considere uma torneira elétrica com potência de 2.000 W. a) Supondo que o preço de 1 kWh de energia elétrica seja R$ 0,20, qual o gasto mensal da torneira funcionando meia hora por dia? b) Qual a energia, em joules, consumida pela torneira em 1 min? 20. Um chuveiro elétrico tem potência de 3.000 W e uma lâmpada incandescente tem potência de 60 W. Quanto tempo a lâmpada deve ficar ligada para consumir a mesma energia que o chuveiro, durante um banho de 20 minutos? 21. (PUC-­‐SP) O que consome mais energia elétrica: um banho de 30 minutos com um chuveiro elétrico de potência 5.000 W ou uma lâmpada de 60 W que permanece ligada 24 horas? Justifique. 22. (Unicamp-­‐SP) Quando o alumínio é produzido a partir da bauxita, o gasto de energia para produzi-­‐lo é de 15 kWh/kg. Já para o alumínio reciclado a partir de latinhas, o gasto de energia é de apenas 5% do gasto a partir da bauxita. a) Em uma dada cidade, 50.000 latinhas são recicladas por dia. Quanto de energia elétrica é poupada nessa cidade (em kWh)? Considere que a massa de cada latinha é de 16 g. b) Um forno de redução de alumínio produz 400 kg do metal, a partir da bauxita, em um período de 10 horas. A cuba eletrolítica desse forno é alimentada com uma tensão de 40 V. Qual a corrente que alimenta a cuba durante a produção? Despreze as perdas. 23. (Uerj 2016) Aceleradores de partículas são ambientes onde partículas eletricamente carregadas são mantidas em movimento, como as cargas elétricas em um condutor. No Laboratório Europeu de Física de Partículas – CERN, está localizado o mais potente acelerador em operação no mundo. Considere as seguintes informações para compreender seu funcionamento: -­‐ os prótons são acelerados em grupos de cerca de 3000 pacotes, que constituem o feixe do acelerador; -­‐ esses pacotes são mantidos em movimento no interior e ao longo de um anel de cerca de 30 km de comprimento; -­‐ cada pacote contém, aproximadamente, 1011 prótons que se deslocam com velocidades próximas à da luz no vácuo; -­‐ a carga do próton é igual a 1,6x10–19 e a velocidade da luz no vácuo é igual a 3x108 mxs–1. Nessas condições, calcule a ordem de grandeza do feixe do CERN equivalente a uma corrente elétrica, em ampères. 24. (Cefet MG 2014) Em um circuito de corrente contínua, utiliza-­‐se um fio de cobre com diâmetro 1,6 mm e 8,4x1022 elétrons livres por cm3. Ao se ligar o circuito, a corrente de 10 A, produzida quase instantaneamente, resulta do movimento dos elétrons livres com uma velocidade, em que ordem de grandeza? 25. (Ufpe) Suponha que o feixe de elétrons em um tubo de imagens de televisão tenha um fluxo de 8,1×1015 elétrons por segundo. Qual a corrente do feixe em unidades de 10–4A? 26. (Ufpe 2013) Um fio metálico e cilíndrico é percorrido por uma corrente elétrica constante de 0,4 A. Considere o módulo da carga do elétron igual a 1,6x10–19 Expressando a ordem de grandeza do número de elétrons de condução que atravessam uma seção transversal do fio em 60 segundos na forma 10N, qual o valor de N? 27. (Unicamp 2013) O carro elétrico é uma alternativa aos veículos com motor a combustão interna. Qual é a autonomia de um carro elétrico que se desloca a 60km/h se a corrente elétrica empregada nesta velocidade é igual a 50A e a carga máxima armazenada em suas baterias é q = 75Ah? 28. (Unicamp 2012) Outro exemplo de desenvolvimento, com vistas a recargas rápidas, é o protótipo de uma bateria de íon-­‐lítio, com estrutura tridimensional. Considere que uma bateria, inicialmente descarregada, é carregada com uma corrente média im = 3,2A até atingir sua carga máxima de Q = 0,8 Ah . Calcule o tempo gasto para carregar a bateria. 29. (Ufpa 2011) O acelerador de partículas LHC, o Grande Colisor de Hadrons (Large Hadron Collider), recebeu da imprensa vários adjetivos superlativos: “a maior máquina do mundo”, “o maior experimento já feito”, “o big-­‐bang recriado em laboratório”, para citar alguns. Quando o LHC estiver funcionando a plena capacidade, um feixe de prótons, percorrendo o perímetro do anel circular do acelerador, irá conter 1014 prótons, efetuando 104 voltas por segundo, no anel. Considerando que os prótons preenchem o anel uniformemente, calcule a corrente elétrica que circula pelo anel. Dado: carga elétrica do próton 1,6x10–19 30. (Ufc) Um receptor de rádio, quando em funcionamento, requer de sua bateria uma corrente I=1,6x10–2 A. Cada vez que dois elétrons saem do cátodo reage quimicamente com o eletrólito, dando origem a uma molécula de nova substância. Quantas dessas moléculas serão formadas em uma hora de funcionamento do rádio? A carga do elétron vale 1,6x10–19 C. 31. (Upe 2010) Uma corrente de 0,3 A que atravessa o peito pode produzir fibrilação (contrações excessivamente rápidas das fibrilas musculares) no coração de um ser humano, perturbando o ritmo dos batimentos cardíacos com efeitos possivelmente fatais. Considerando que a corrente dure 2,0 min, calcule o número de elétrons que atravessam o peito do ser humano. Dado: carga do elétron = 1,6 x10-­‐19 C. 32. (Fuvest 2010) Medidas elétricas indicam que a superfície terrestre tem carga elétrica total negativa de, aproximadamente, 600.000 coulombs. Em tempestades, raios de cargas positivas, embora raros, podem atingir a superfície terrestre. A corrente elétrica desses raios pode atingir valores de até 300.000 A. Que fração da carga elétrica total da Terra poderia ser compensada por um raio de 300.000 A e com duração de 0,5 s? 33. (Ufpe 2010) O gráfico mostra a variação da corrente elétrica I, em ampère, num fio em função do tempo t, em segundos. Qual a carga elétrica, em coulomb, que passa por uma seção transversal do condutor nos primeiros 4,0 segundos? 34. (Ufop 2010) Em uma tarde de tempestade, numa região desprovida de para-­‐raios, a antena de uma casa recebe uma carga que faz fluir uma corrente de 1,2 x 104 A, em um intervalo de tempo de 25 x 10–6 s. Qual a carga total transferida para a antena? 35. (Uece 2008) Uma corrente elétrica de 3,0 A percorre um fio de cobre. Sabendo-­‐se que a carga de um elétron é igual a 1,6 × 10–19 C, o número de elétrons que atravessa, por minuto, a seção reta deste fio é, aproximadamente: a) 1,1 × 1021 b) 3,0 × 106 c) 2,0 × 1010 d) 1,8 × 1011 36. (Ufscar 2008) O capacitor é um elemento de circuito muito utilizado em aparelhos eletrônicos de regimes alternados ou contínuos. Quando seus dois terminais são ligados a uma fonte, ele é capaz de armazenar cargas elétricas. Ligando-­‐o a um elemento passivo como um resistor, por exemplo, ele se descarrega. O gráfico representa uma aproximação linear da descarga de um capacitor. Sabendo que a carga elétrica fundamental tem valor 1,6 × 10–19 C, calcule o número aproximado de portadores de carga que fluíram durante essa descarga. 37. (Uel) Sabe-­‐se que a carga do elétron tem módulo 1,6x10–19C. Calcule a ordem de grandeza do número de elétrons que passam por segundo pela secção transversal constante de um condutor que transporta corrente de 0,15A. 38. (Puccamp 2004) A enguia elétrica ou poraquê, peixe de água doce da região amazônica chega a ter 2,5 m de comprimento e 25 cm de diâmetro. Na cauda, que ocupa cerca de quatro quintos do seu comprimento, está situada a sua fonte de tensão -­‐ as eletroplacas. Dependendo do tamanho e da vitalidade do animal, essas eletroplacas podem gerar uma tensão de 600V e uma corrente de 2,0A, em pulsos que duram cerca de 3,0 milésimos de segundo, descarga suficiente para atordoar uma pessoa ou matar pequenos animais. (Adaptado de Alberto Gaspar. "Física". v.3. São Paulo: Ática, 2000, p. 135) Numa descarga elétrica da enguia sobre um animal, calcule o número de cargas elétricas elementares que percorre o corpo do animal, a cada pulso. Dado: carga elementar = 1,6 . 10-­‐19 C 39. (Ufpe) O feixe de elétrons no tubo de um monitor de vídeo percorre a distância de 0,20m no espaço evacuado entre o emissor de elétrons e a tela do tubo. Se a velocidade dos elétrons for 5×107m/s, e o número de elétrons no feixe for 2,5×109/m, qual a corrente do feixe, em mA? 40. (Pucmg) Em um relâmpago, a carga elétrica envolvida na descarga atmosférica é da ordem de 10 Coulombs. Se o relâmpago dura cerca de 10–3 segundos, calcule a corrente elétrica média, em Amperes. RESPOSTAS 1. a) 8,0 C. b) 6,0.1019 elétrons. 2. 1,8.1020 moléculas. 3. a) 450 W. b) 1,5 kWh. c) R$ 13,50. 4. R$ 9,00. 5. 300 V. 6. 1,6 A, da esquerda para a direita 7. 1,25 . 1020 elétrons 8. 0,19 mm/s aproximadamente 9. a) 2,4 . 103 C b) 1,5 . 1022 elétrons 10. 2 C 11. 2,2 . 103 W 12. a) 5 A b) 3 kWh 13. 3,6 s 14. a) 3,2 . 10–1C b) 2,0 . 1018 elétrons c) 4,0 . 10–2 A (40mA) 15. a) 2880 C b) 0,436 A e 2,62 W 16. a) 12 V e 180 W b) 15 A 17. a) 250 W b) inversamente proporcionais 18. 600 kWh 19. a) R$ 6,00 b) 1,2 . 105J 20. 16h 40min 21. O banho consome mais energia do que a lâmpada ligada (2,5 kWh – 1,44 kWh) 22. a) 1,14 . 104 kWh b) 1,5 . 104 A 23. 100 24. 10–4 25. 13 26. 20 27. 90km 28. C 29. 0,16 20
20
30. N = 1,8.10 31. 2,25.10 32. 1/4 33. 10C 34. 0,3C 35. 1,1.1021 36. 1017 37. 1018 38. 4.1016 39) 20 40. 10000