Exercícios - Física SP

Uma corrente elétrica tem intensidade de 1 quando, através de
uma secção reta, passa uma carga de 1 coulomb em 1 segundo.
B
A
Na prática, usamos ainda:
e
e
1 μA = 1 microampère = 10 –6 A
e
SENTIDO CONVENCIONAL dA
CORRENTE ELÉTRICA
e
e
1 mA = 1 miliampère = 10 –3 A
e
e
e
e
e
e
e
e
i
Sentido convencional da corrente.
Por convenção, adotamos o sentido da corrente elétrica como
sendo o sentido do movimento das cargas positivas ou o sentido oposto
ao movimento das cargas negativas; este sentido convencional é indicado externamente ao condutor por uma seta.
Aula 17
POTÊNCIA elÉTRICA, RESISTORES E 1a LEI DE OHM
potência elétrica consumida
III.potência elétrica dissipada em um
bipolo ôhmico
i
A
CONDUTOR
B
A
R
i
B
U
UAB
Pdiss = Ui = Ri2 =
dEFINIÇão
P=U⋅i
Exercícios
No SI: [P] = W (watt); [U] = V (volt); [i] = A (ampère).
1. (FUVEST) Um chuveiro elétrico, ligado em média uma hora
por dia gasta R$27,00 de energia elétrica por mês. Se a
tarifa cobrada é de R$0,30 por quilowatt-hora, então a
potência desse aparelho é:
a)90 W
d)3.000 W
b)360 W
e)10.800 W
c) 2.700 W
I. RESISTÊNCIA ELÉTRICA
i
A
B
BIPOLO
U
No SI: [R] =
U
i
V
= Ω (ohm)
A
R$0,30
⇒ x = 90 kWh (em 1 mês)
R$27,00
Em 1 mês: Δt = 30 h
30 h
1h
123
II. 1a LEI DE OHM
Existem condutores cuja resistência elétrica permanece
constante numa faixa de temperatura. Tais condutores são cha­
mados de resistores. Assim, para um resistor, vale a relação:
1 kWh
x
123
def. R =
U2
R
90 kWh
x
⇒ x = 3 kWh
Δε = P ⋅ Δt
3 kWh = P ⋅ 1 ⇒ P = 3 kW = 3000 W
U1 U2
=
= … = R = constante
i1
i2
Um resistor transforma, integralmente, a energia elétrica
em energia térmica; quando percorrido por corrente elétrica.
Em circuitos elétricos, o resistor é representado por:
i
R
U
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2. O gráfico a seguir mostra as intensidades das correntes
elétricas que se estabelecem em dois resistores A e B, de
resistências elétricas respectivamente iguais a R A e RB,
quando eles são submetidos a uma ddp (U).
Tarefa Complementar
• Leia o texto teórico e, a seguir, resolva o exercício 13, série 5 e os
exercícios 5 a 8, série 6.
POTÊNCIA ELÉTRICA em jogo num bipolo
i (mA)
4
A
Chama-se bipolo qualquer dispositivo que possa ser atravessado
por corrente elétrica e que possua dois terminais acessíveis, são exemplos: um fio metálico, um motor elétrico, uma pilha de lanterna.
Consideremos um bipolo qualquer e suponhamos que entre os
seus terminais A e B exista uma diferença de potencial U.
Isso deve terminar a passagem de corrente elétrica i através do
mesmo.
B
3
i
U (V)
0
12
A
x
RA =
B
U
Determine:
a)os valores de R A e RB.
Do gráfico:
U = 12 V
Bipolo qualquer
Define-se potência elétrica posta em jogo neste bipolo como:
P=U⋅i
iA = 4 mA = 4 × 10–3 A
iB = 3 mA = 3 × 10–3 A
Lembrando que i =
U
12
=
= 3 kΩ
iA 4 × 10–3
|ΔQ|
Δt
(quantidade de carga que atravessa o bipo-
lo na unidade de tempo) e que U =
Δε
(quantidade de energia elétrica
|ΔQ|
transformada em outra modalidade* por unidade de carga), a potência
pode ser entendida como:
U
12
=
= 4 kΩ
RB =
iB 3 × 10–3
P=U⋅i=
Δε |ΔQ| ΔE
=
⋅
Δt
|ΔQ| Δt
Ou seja, potência é a quantidade de energia elétrica transformada
em outra modalidade, na unidade de tempo.
b)o valor de x indicado no gráfico.
Para RB = 4 kΩ,
UNIDADE DE POTÊNCIA
A unidade de potência no SI é dada por: [P] = [U] ⋅ [i]
U = RBiB
⇓
x = 4 × 103 × 4 × 10–3
x = 16 V
joule
coulomb
joule
⋅
=
= watt = W
coulomb segundo segundo
Assim, se um bipolo põe em jogo uma potência de 200 W, por
exemplo, isso quer dizer que a cada segundo são transformados 200 J
de energia elétrica em outra modalidade*.
c) os valores das potências elétricas dissipadas nos resisto­
res A e B, quando são submetidas a uma ddp de 12 V.
*Observação: Num gerador ocorre o efeito inverso, ou seja, transformase energia de outra modalidade em energia elétrica.
P=U⋅i
PA = 12 ⋅ 4 = 48 W
PB = 12 ⋅ 3 = 36 W
RESISTÊNCIA, RESISTORES E LEI DE OHM
DEFINIÇÃO DE RESISTÊNCIA ELÉTRICA
Considere o condutor a seguir, no qual existe uma ddp U entre seus
terminais, sendo consequentemente percorrido por uma corrente elétrica i.
i
CONDUTOR
ORIENTAÇÃO DE ESTUDO
U
Caderno de Exercícios — Unidade VI
Por definição a resistência elétrica (R) do condutor, nestas condi­
ções, será:
U
R=
i
Tarefa Mínima
• Resolva os exercícios 9 e 10, série 5.
• Resolva os exercícios 1, 2 e 4, série 6.
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CURVA CARACTERÍSTICA DE UM RESISTOR
A unidade de resistência elétrica, no S.I., é o ohm, símbolo Ω.
Denomina-se curva característica de um elemento de um circuito
qualquer ao gráfico da ddp nos terminais do elemento em função da
corrente que atravessa. No caso de um resistor, temos o gráfico abaixo,
pois, pela Lei de Ohm, a ddp U é diretamente proporcional à corrente i.
[U]
volt
[R] =
= ohm
[R] =
[i]
ampère
Ou seja, um condutor apresenta uma resistência elétrica R = 1Ω quando, submetido a uma ddp U = 1 V, é atravessado por uma corrente
i = 1 A.
U
SIGNIFICADO FÍSICO DE RESISTÊNCIA ELÉTRICA
U
Considere dois condutores C1 e C2 de materiais diferentes, de
mesmo comprimentos e espessuras, submetidos à mesma ddp U. Sejam i1 e i2 as correntes que os atravessam.
i1
i2
R1
R2
U
U
U = i1R1
i
Potência dissipada por um resistor
U = i2R2
A transformação de energia elétrica em calor denomina-se efeito
joule; que ocorre, por exemplo, em lâmpadas comuns, chuveiros e outros dispositivos elétricos de aquecimento.
Considere agora o resistor abaixo.
Supondo i1  i2 teremos R1  R2, isto é, no condutor de maior
resistência (R 2 ) estabelece-se uma menor corrente (i2 ) e, no condutor
de menor resistência (R1), uma maior corrente (i1).
i
RESISTOR — CONCEITO
Denominamos resistor a todo condutor que, ao ser atravessado
por corrente elétrica, transforma energia elétrica exclusivamente em
calor (energia térmica). Aparece em lâmpadas incandescentes, chuveiros, ferros elétricos, fusíveis e aquecedores elétricos em geral. Os
exemplos de resistores mais importantes são de natureza metálica.
R
i
U
Já vimos que a potência elétrica pode ser calculada por:
Símbolo de resistor
P = iU
Em circuitos elétricos, o elemento de circuito cuja função específica
é transformar energia elétrica em calor (resistor) é representado por:
Como U, Ri, temos:
Assim:
P = iU ⇔ P = i(Ri) ⇔ P = Ri2
calor
i
ou
U
P = iU ⇔ P =
1a LEI DE OHM
U2
U
⋅ U ⇔ P =
R
R
( )
Lembrando da definição de potência (P), vem:
Ohm verificou experimentalmente que a intensidade da corrente
elétrica (i) que atravessa um resistor é diretamente proporcional à ddp
aplicada a seus terminais.
U ∝ i ou i
i
energia transformada
P = Δε =
intervalo de tempo
Δt
U
= constante
i
R
A energia elétrica transformada em calor por um resistor pode ser
expressa por:
Δε = P ⋅ Δt
i
Observação:
O quilowatt-hora é a unidade usual de consumo de energia elétrica.
U
1 kwh = 1 × 10 3 ×
Ou ainda:
J
× 3600 s = 3600000 J ou
s
1 kWh = 3,6 × 10 6 J
U
= R = constante (1a Lei de Ohm)
i
Observação:
A Lei de Ohm é válida desde que a temperatura do resistor permaneça inalterada.
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