Lista de exercícios – Baterias

Lista de exercícios – Baterias
Força Eletromotriz e Potência Elétrica
A corrente elétrica transporta energia que é usada em nossas casas e vida
profissional nas mais diversas situações. Esta energia é retirada de uma fonte e
depois abastece os aparelhos que estão ligados nas tomadas. A fonte de energia é
denominada fonte de força eletromotriz (FEM) e a energia consumida é
determinada pela potencia dos aparelhos que ela abastece e o tempo que os
mesmos permanecem ligados.
Circuitos Simples: Baterias e Resistência Interna
Um circuito elétrico é um caminho fechado percorrido pela corrente. O circuito
mais simples que existe é composto por uma fonte de energia (bateria ou pilha) e
um elemento resistivo, que recebe a energia.
Simbologia: uma figura de um circuito elétrico usa os seguintes símbolos
O problema é que uma bateria deve ser constituída de material condutor e todo
condutor possui uma resistência, que consome parte da energia da bateria antes
que ela seja liberada para o elemento que estiver ligado a ela. Desta forma
podemos pensar em duas tensões: a nominal (que vem escrito na bateria) e a real
(que efetivamente é entregue para o funcionamento do circuito). A equação do
circuito fornece a relação entre estas duas tensões
V – tensão útil
ε – tensão nominal ou força eletromotriz
rI – tensão perdida na resistência interna da bateria.
Aparelhos de medida: para se estudar um circuito é necessário determinar a
corrente que passa pelos aparelhos a ele ligados e a queda de tensão (ddp) neles.
Estes valores são determinados usando-se voltímetros (tensão) e amperímetros
(corrente). Estes aparelhos devem ter as seguintes características:
- Voltímetro: deve ter uma resistência muito grande (para evitar a
passagem de corrente) e ser ligado sempre em paralelo.
- Amperímetro: deve ter uma resistência muito pequena (para permitir
a passagem de toda a corrente) e ser ligado sempre em série.
Pense e Responda: uma pilha nova ou velha têm a mesma tensão nominal, por
exemplo 1,5 V. Por que a pilha velha não funciona?
Exercícios:
1. Considere o circuito elétrico indicado na
figura para esta questão. A tensão entre os
terminais da bateria de 24,0 V é igual a 21,2 V
durante a passagem da corrente. Calcule a) a
resistência interna r da bateria; b) a resistência
R do resistor do circuito.
a) 0,70 Ω
b) 5,30 Ω
2) Um voltímetro ideal V está conectado a
um resistor de 2,0 Ω e a uma bateria com
fem igual a 5.0 V e resistência interna de 0,5
Ω, como indicado na figura para esta
questão. a) Qual é a corrente no resistor de
2,0 Ω? b) Qual é a tensão entre os terminais
da bateria durante a passagem da corrente?
c) Qual é a leitura do voltímetro? Explique
suas respostas. a) 0 b) 5,0 V c) 5,0 V
3. Um circuito completo é constituído por uma bateria de 24,0 V; um resistor de
5,60 Ω e uma chave. A resistência interna da bateria é igual a 0,28 Ω. A chave está
aberta. Determine o valor da leitura de um voltímetro ideal quando ele é
conectado: a) nos terminais da bateria; b) nas extremidades do resistor; c) Repita
os cálculos dos itens (a) e (b) supondo agora que a chave esteja fechada.
a) 24.0 V
b) 0 c) Com a chave fechada: a) V = 22,9 V b) V = 22,9 V
4) Quando a chave S da figura para esta questão está
aberta, o voltímetro V conectado na bateria lê 3,08
V. Quando a chave S da mesma figura está fechada, o
voltímetro V indica uma queda de 2,97 V e o
amperímetro indica 1,65 A. Calcule a fem, a
resistência interna da bateria e a resistência do
circuito R. Considere todos os aparelhos ideais.
ε = 3,08 V; r = 0,067 Ω; R = 1,80 Ω
5. A resistência interna de uma pilha de lanterna aumenta gradualmente com o
tempo, mesmo quando a pilha não é usada. Contudo, a fem permanece
razoavelmente constante em torno de um 1,5 V. Podemos saber a idade de uma
pilha conectando um amperímetro diretamente aos terminais da pilha e lendo a
corrente indicada no amperímetro. A resistência do amperímetro é tão pequena
que podemos considerar a pilha como se estivesse em curto-circuito. A corrente
elétrica que flui em uma pilha (com fem de 1,50 V) fabricada recentemente é igual
a 14,8 A. a) Qual é sua resistência interna? b) Qual é sua resistência interna quando
a corrente de curto-circuito é igual a 6,8 A? c) A corrente de curto-circuito de uma
bateria de automóveis de 12,6 V pode chegar até 1000 A. Qual é sua resistência
interna? a) 0,101 Ω
b) 0,221 Ω c) 0,0126 Ω