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