Roteiro de estudos de ferias-Fisica-3ano-2016

Nome
Nº
Ano/Série
3°
Disciplinas
Professores
Natureza
Trimestre/Ano
Ensino
Turma
Médio
Data da entrega
Valor
Física
Carlos
A8/TI
2º/201]6
02/08/2016
5,0
Introdução:
Querido(a) aluno(a),
Este material foi elaborado para que você tenha a oportunidade de revisar os assuntos que serão avaliados
na prova trimestral de agosto. Siga as orientações de estudo e refaça as questões trabalhadas em sala de
aula e no material didático. As questões complementares presentes nesse documento deverão ser
entregues na data indicada, pois elas serão avaliadas e farão parte da sua nota de 2º trim.
Conteúdos/Temas
Indicações no material didático
• Associação de Resistores
• Capítulo 7
• Geradores Elétricos
• Capítulo 9
• Receptores Elétricos
• Capítulo 10
• Força Elétrica
• Capítulo 1
Orientações para estudo
• Estabeleça um local agradável e adequado para estudar. Uma mesa e cadeira, com boa iluminação e
longe de interferências externas.
• Estude a quantidade de horas necessárias para o entendimento da matéria.
• Reúna e analise as avaliações que tivemos neste 1º semestre. Após isso, faça o seguinte:
Observando seus acertos e errocs, identifique os exercícios que você apresentou maiores
dificuldades.
Busque, em seu material, anotações, exemplos, exercícios ou problemas referentes ao que você
destacou como dúvida ou dificuldade.
Revise os capítulos de seu livro.
Refaça exercícios comparando a sua resolução com o que já foi corrigido no seu livro ou caderno.
• Resolva os exercícios complementares de revisão, com atenção e seriedade, procurando sempre
esclarecer todas as suas dúvidas.
• Participe efetivamente das aulas de revisão de agosto, aproveitando a presença do professor para sanar
suas dúvidas.
• Apenas a visualização da resolução nos dá uma falsa ideia de entendimento. Portanto, não apenas
acompanhe os exemplos e exercícios, copie-os, tente resolvê-los em seguida, faça a correção.
• Não utilize calculadora durante a resolução dos exercícios propostos.
• É importante ressaltar que o aprendizado de um assunto matemático exige o domínio de outros, pois o
conhecimento do básico é imprescindível para compreender o complexo. Portanto, se necessário, faça
uma revisão de conteúdos anteriores.
Critérios de correção
Os seguintes aspectos serão considerados na correção desse material:
1. Organização, legibilidade e qualidades gerais do material entregue.
2. Clareza e resolução completa (e correta) dos exercícios propostos em cada uma das partes.
Associação de Resistores
Os resistores são utilizados como aquecedores em chuveiros elétricos, torneiras elétricas, ferros de passar roupa,
torradeiras elétricas, etc. Eles são também usados para limitar a intensidade da corrente elétrica que passa por
determinados componentes eletrônicos. É claro que nestas utilizações a finalidade não é dissipar energia elétrica, como
ocorre nos aquecedores.
a) Associação em série
Entre os terminais A e B vamos aplicar uma ddp U. É possível substituir toda associação por um só resistor que produz o
mesmo efeito. É o resistor equivalente.
Na associação em série:
1) Todos os resistores são percorridos pela mesma intensidade de corrente i, inclusive o equivalente.
2) A ddp em cada resistor é diretamente proporcional à sua resistência elétrica:
U1 = R1.i
U2 = R2.i
U3 = R3.i
3) A potência elétrica dissipada em cada resistor é diretamente proporcional à sua resistência elétrica:
P1 = R1.i2
P2 = R2.i2
Roteiro de estudo e exercícios de revisão – 3ºs anos – 2º trimestre
P3 = R3.i2
Professor Carlos Eduardo
4) A ddp total é a soma das ddps parciais:
U = U1 + U2 + U3
5) A resistência equivalente é igual à soma das resistências associadas
RS = R1 + R2 + R3
b) Associação em paralelo
Entre os terminais A e B vamos aplicar uma ddp U. É possível substituir toda associação por um só resistor que produz o
mesmo efeito. É o resistor equivalente.
Na associação em paralelo:
1) Todos os resistores são submetidos à mesma ddp U, inclusive o equivalente.
2) A intensidade da corrente que percorre cada resistor é inversamente proporcional à sua resistência elétrica:
i1 = U/R1
i2 = U/R2
i3 = U/R3
3) A potência elétrica dissipada em cada resistor é inversamente proporcional à sua resistência elétrica:
P1 = U2/R1
P2 = U2/R2
P3 = U2/R3
4) A intensidade da corrente total é a soma das intensidades das correntes nos resistores associados:
Roteiro de estudo e exercícios de revisão – 3ºs anos – 2º trimestre
Professor Carlos Eduardo
i = i1 + i2 + i3
5) O inverso da resistência equivalente é igual à soma dos inversos das resistências associadas:
1/RP = 1/R1 + 1/R2 + 1/R3
Exercícios
1 - Considere a associação de resistores esquematizada abaixo e submetida a uma ddp de 24 V.
Determine:
a) a resistência equivalente entre os terminais A e B;
b) a intensidade da corrente que percorre cada resistor;
c) a ddp em cada resistor;
d) qual resistor dissipa a maior potência.
2 - Considere a associação de resistores esquematizada abaixo e submetida a uma ddp de 24 V.
Determine:
a) a resistência equivalente entre os terminais A e B;
b) a ddp em cada resistor;
Roteiro de estudo e exercícios de revisão – 3ºs anos – 2º trimestre
Professor Carlos Eduardo
c) a intensidade da corrente que percorre cada resistor;
d) qual resistor dissipa a maior potência.
3 - No circuito elétrico a seguir, a corrente elétrica no resistor ôhmico de resistência 1Ω vale:
a) 1 A
b) 2 A
c) 3 A
d) 4 A
e) 5 A
4 - (Unifesp) Os circuitos elétricos A e B esquematizados, utilizam quatro lâmpadas incandescentes L idênticas, com
especificações comerciais de 100 W e de 110 V, e uma fonte de tensão elétrica de 220 V. Os fios condutores, que
participam dos dois circuitos elétricos, podem ser considerados ideais, isto é, têm suas resistências ôhmicas desprezíveis.
a) Qual o valor da resistência ôhmica de cada lâmpada e a resistência ôhmica equivalente de cada circuito elétrico?
b) Calcule a potência dissipada por uma lâmpada em cada circuito elétrico, A e B, para indicar o circuito no qual as lâmpadas
apresentarão maior iluminação.
5 - Para as associações abaixo, calcule a resistência equivalente entre os terminais A e B.
Roteiro de estudo e exercícios de revisão – 3ºs anos – 2º trimestre
Professor Carlos Eduardo
Geradores Elétricos
São dispositivos que fornecem energia elétrica aos circuitos onde são inseridos. Este fornecimento de energia elétrica se dá às custas
de outra forma de energia. A bateria é um exemplo de gerador elétrico. Ela transforma energia química em energia elétrica.
A resistência elétrica dos materiais condutores que constituem um gerador é chamada resistência interna do gerador, sendo indicada
por r.
Um gerador elétrico é ideal quando sua resistência interna é nula (r = 0). A tensão elétrica ou a ddp entre os polos de um gerador ideal
é indicada por E e recebe o nome de força eletromotriz (fem).
Abaixo está a representação de um gerador ideal. Note que a corrente elétrica convencional atravessa o gerador no sentido do polo
negativo para o polo positivo (Para lembrar: entra pelo – e sai pelo +).
Um gerador real, isto é, um gerador cuja resistência interna não é nula (r ≠ 0) é representado conforme o esquema abaixo.
Roteiro de estudo e exercícios de revisão – 3ºs anos – 2º trimestre
Professor Carlos Eduardo
A tensão U entre os polos de um gerador real é igual à tensão que teríamos se ele fosse ideal (E) menos a tensão na resistência interna
(ri). Assim, podemos escrever a chamada EQUAÇÃO CARACTERÍSTICA DO GERADOR:
U = E - r.i
Gerador em circuito aberto
Dizemos que um gerador está em circuito aberto quando não alimenta nenhum circuito elétrico externo. Nestas condições não passa
corrente elétrica pelo gerador (i = 0). Da equação característica do gerador, resulta:
U=E
Gerador em curto-circuito
Dizemos que um gerador está em curto-circuito quando seus polos são ligados por um fio de resistência elétrica nula.
Nestas condições, a tensão entre os polos do gerador é nula (U = 0) e a corrente elétrica que percorre o gerador é denominada corrente
de curto circuito (icc). Da equação característica do gerador, resulta:
U = E - r.i
→
0 = E - r.icc
→
icc = E/r
Curva característica de um gerador
De U = E – r.i, com E e r constantes concluímos que o gráfico U x i é uma reta inclinada decrescente em relação aos eixos U e i. O
ponto A do gráfico tem coordenadas i = 0 e U = E e o ponto B tem coordenadas U = 0 e i = icc = E/r.
Roteiro de estudo e exercícios de revisão – 3ºs anos – 2º trimestre
Professor Carlos Eduardo
Exercícios
6 - Um gerador elétrico possui força eletromotriz E = 12 V e resistência interna r = 2,0 Ω.
a) Qual é a intensidade da corrente elétrica que percorre o gerador quando a tensão entre seus polos é U = 8,0 V?
b) Sendo i = 4,0 A a intensidade da corrente elétrica que percorre o gerador, qual é a tensão elétrica entre seus polos?
7 - Um amperímetro ideal é ligado aos polos de uma bateria de força eletromotriz E = 6.0 V e resistência interna r = 1,0 Ω. Qual é a
leitura do amperímetro?
DICA: O amperímetro ideal tem resistência elétrica nula. Ao ligá-lo aos polos do gerador, este fica em curto-circuito.
8 - Um voltímetro ideal é ligado aos polos de uma bateria de força eletromotriz E = 6.0 V e resistência interna r = 1,0 Ω. Qual é a leitura
do voltímetro?
DICA: O voltímetro ideal tem resistência infinitamente grande. Ao ligá-lo aos polos do gerador, este fica em circuito aberto.
9 - É dada a curva característica de um gerador. Determine:
a) a força eletromotriz E;
b) a resistência interna r;
c) a intensidade da corrente de curto-circuito.
Roteiro de estudo e exercícios de revisão – 3ºs anos – 2º trimestre
Professor Carlos Eduardo
10 - O gráfico abaixo representa a curva característica de um gerador. Determine:
a) a força eletromotriz E;
b) a resistência interna r;
c) a intensidade da corrente de curto-circuito.
Circuito Simples - Lei de Pouillet.
Considere o circuito constituído de um gerador ligado aos terminais de um resistor. Este circuito é percorrido por uma corrente somente
e é denominado circuito simples.
A tensão elétrica entre os polos do gerador (U = E – r.i) é igual à tensão elétrica no resistor (U = R.i). Portanto, podemos escrever:
E - r.i = R.i
→
E = (r + R).i
→
i = E/(r + R)
Esta fórmula que permite calcular a intensidade da corrente elétrica num circuito simples recebe o nome de Lei de Pouillet, em
homenagem ao físico francês Claude Pouillet.
Se o gerador estiver ligado a uma associação de resistores, determina-se a resistência equivalente Req e, a seguir, aplica-se a Lei de
Pouillet:
Roteiro de estudo e exercícios de revisão – 3ºs anos – 2º trimestre
Professor Carlos Eduardo
i = E/(r+Req)
Exercícios
11 - Considere o circuito abaixo. Determine as leituras do amperímetro e do voltímetro, considerados ideais.
12 - Determine a intensidade da corrente que atravessa o circuito simples esquematizado abaixo. Ao lado do circuito são representadas
as curvas características do gerador e do resistor.
Roteiro de estudo e exercícios de revisão – 3ºs anos – 2º trimestre
Professor Carlos Eduardo
13 - Para o circuito esquematizado, determine as intensidades das correntes i, i1 e i2.
14 - (UFPE) No circuito da figura, a corrente através do amperímetro é igual a 3,5 A, quando a chave S está aberta. Desprezando as
resistências internas do amperímetro e da bateria, calcule a corrente no amperímetro, em ampères, quando a chave estiver fechada.
a) 4,0
b) 6,0
c) 7,5
d) 8,0
e) 3,5
15 - O circuito indicado na figura é composto por uma bateria ideal de força eletromotriz ε e cinco resistores ôhmicos idênticos, cada
um deles de resistência elétrica R. Em tal situação, qual é a intensidade da corrente elétrica que atravessa a bateria ideal?
a) 3ε/(7R)
b) ε/(5R)
c) 3ε/(4R)
d) 4ε/(5R)
Roteiro de estudo e exercícios de revisão – 3ºs anos – 2º trimestre
e) ε/R
Professor Carlos Eduardo
Receptores Elétricos
São dispositivos que consomem energia elétrica e a transformam em outras formas de energia, não exclusivamente energia térmica. A
bateria, quando está sendo carregada, é um exemplo de receptor elétrico. Ela transforma energia elétrica em energia química. Outro
exemplo é o motor elétrico que transforma energia elétrica em energia mecânica. Nestes processos sempre há transformação de parte
da energia elétrica em energia térmica. Isto ocorre devido à resistência elétrica dos materiais condutores que constituem o receptor e
que é chamada resistência interna do receptor, sendo indicada por r.
Um gerador elétrico aplica uma tensão U ao ser ligado a um receptor. Pelo receptor passa uma corrente elétrica de intensidade i e na
resistência interna há uma queda de potencial dada por r.i. A diferença U - r.i, indicada por E, recebe o nome de força contraeletromotriz e representa a tensão útil do receptor. Assim, obtemos a equação característica do receptor:
U - r.i = E => U = E + r.i
Um receptor é ideal quando sua resistência interna é nula (r = 0). Neste caso, U = E.
Abaixo representamos um receptor ideal e um receptor real (r ≠ 0).
Note que a corrente elétrica convencional atravessa o receptor no sentido do polo positivo para o polo negativo (Para lembrar: entra
pelo + e sai pelo -).
Receptor ideal
Receptor real
Roteiro de estudo e exercícios de revisão – 3ºs anos – 2º trimestre
Professor Carlos Eduardo
Curva característica de um receptor
De U = E + r.i, com E e r constantes concluímos que o gráfico U x i é uma reta inclinada crescente em relação aos eixos U e i.
Observe que quando i = 0, resulta U = E.
Circuito gerador-receptor-resistor
Uma bateria ligada a um motor elétrico e a uma lâmpada é um exemplo de circuito gerador-receptor-resistor.
Utilizando os símbolos que representam estes elementos, temos o circuito:
Gerador: força eletromotriz E e resistência interna r.
Receptor: força contra-eletromotriz E’ e resistência interna r’.
Resistor: resistência elétrica R
Roteiro de estudo e exercícios de revisão – 3ºs anos – 2º trimestre
Professor Carlos Eduardo
A corrente elétrica convencional tem, neste circuito, sentido horário: atravessa o gerador no sentido do polo negativo para o polo positivo.
No receptor, tem o sentido do polo positivo para o polo negativo.
Sejam U, U1 e U2 as tensões elétricas entre os terminais do gerador, do receptor e do resistor, respectivamente. Podemos escrever:
U = U1 + U2 => E - r.i = E' + r'.i + R.i => E - E' = (r + r' + R).i
i = (E - E')/(r + r' + R)
Esta é a lei de Pouillet para o circuito simples gerador-receptor-resistor.
Exercícios
16 - A um receptor de resistência interna 1 Ω aplica-se uma tensão de 12 V e a corrente elétrica que o atravessa tem intensidade de 3
A. Determine a força contra-eletromotriz do receptor.
17 - Um motor elétrico tem força contra-eletromotriz de 120 V. Quando ligado a uma tomada 127 V é percorrido por uma corrente elétrica
de intensidade 3,5 A. Qual é a resistência interna do motor?
18 – É dada a curva característica de um receptor elétrico. Determine a força contra-eletromotriz e a resistência interna do receptor.
19 - Considere o circuito abaixo. Determine as leituras do amperímetro e do voltímetro, considerados ideais.
Roteiro de estudo e exercícios de revisão – 3ºs anos – 2º trimestre
Professor Carlos Eduardo
20 - Considere o circuito esquematizado a seguir constituído por três baterias, um resistor ôhmico, um amperímetro ideal e uma chave
comutadora. Os valores característicos de cada elemento estão indicados no esquema.
As indicações do amperímetro conforme a chave estiver ligada em (1) ou em (2) será, em amperes, respectivamente:
a) 1,0 e 1,0
b) 1,0 e 3,0
c) 2,0 e 2,0
d) 3,0 e 1,0
e) 3,0 e 3,0
Lei de Coulomb
A intensidade da força de ação mútua entre duas cargas elétricas puntiformes é diretamente proporcional ao produto dos valores
absolutos das cargas e inversamente proporcional ao quadrado da distância que as separa.
k: constante eletrostática do meio onde estão as cargas.
No vácuo:
Roteiro de estudo e exercícios de revisão – 3ºs anos – 2º trimestre
Professor Carlos Eduardo
21 - Duas partículas eletrizadas com cargas elétricas Q1 e Q2, separadas pela distância d, atraem-se com uma força eletrostática de
intensidade F. O meio é o vácuo. Determine em função de F a intensidade da força eletrostática de interação entre as partículas, nos
casos:
a) Mantêm-se os valores de Q1 e Q2 e dobra-se a distância entre as partículas.
b) Mantêm-se os valores de Q1 e Q2 e triplica-se a distância entre as partículas.
c) Mantém-se a distância d e duplicam-se os valores das cargas elétricas das partículas.
d) Duplicam-se os valores das cargas elétricas das partículas e a distância d entre elas.
22 - Considere três partículas igualmente eletrizadas, cada uma com carga elétrica Q e fixas nos pontos A, B e C. Entre A e B a força
eletrostática de repulsão tem intensidade 8,0.10-2 N. Qual é a intensidade da força eletrostática resultante das ações de A e C sobre B?
23 - Três partículas eletrizadas, A, B e C, estão fixas nos vértices de um triângulo equilátero de lado L = 30 cm. Determine a intensidade
da força eletrostática resultante da ação A e B sobre C. Analise os casos:
Dados: Q = 1,0 μC e k0 = 9.109 N.m2/C2
24 - Duas partículas eletrizadas com cargas elétricas Q e 4Q estão fixas em pontos A e B, situados a uma distância D. No ponto C, a
uma distância d de A, coloca-se outra partícula eletrizada com carga elétrica q e observa-se que ela fica em equilíbrio sob ação de forças
eletrostáticas somente. Determine a relação d/D.
Roteiro de estudo e exercícios de revisão – 3ºs anos – 2º trimestre
Professor Carlos Eduardo