Física - Livro 1-245-248

Prévia do material em texto

F
R
E
N
T
E
 2
245
1 UCMG Uma carga +q move-se numa circunferência de
raio R com uma velocidade escalar v. A intensidade
de corrente média em um ponto da circunferência é:
A
qR
v

qv
R
C
qv
2 Rπ
d
2 qR
v
π
E 2pqRv
2 FCC A que tipo de corrente elétrica, alternada ou
contínua, estão associadas, respectivamente, as afir-
mações I, II e III abaixo?
I. É adotada para transporte de energia elétrica a
grandes distâncias, usando-se alta tensão para
diminuir as perdas de energia elétrica.
II. Permite armazenar energia elétrica em acumula-
dores, para posterior devolução à rede, em horas
de alto consumo.
III. É produzida em baterias de automóvel.
A Alternada, contínua e contínua.
 Alternada, contínua e alternada.
C Alternada, alternada e contínua.
d Contínua, contínua e alternada.
E Contínua, alternada e contínua.
3 PUC-SP No interior de um condutor homogêneo, a
intensidade da corrente elétrica varia com o tempo,
como mostra o diagrama abaixo.
0
10
3
i (mA)
t (min)1 2
Pode-se armar que o valor médio da intensidade de
corrente, entre os instantes 1 min e 2 min, é de:
A
1
6
 A

10
6
 A
3
C 500 A
d 0,5 A
E 0,05 A
4 UFMG Estes circuitos representam uma pilha ligada a
duas lâmpadas e uma chave interruptora.
A alternativa que apresenta o(s) circuito(s) em que a
ação da chave apaga ou acende as duas lâmpadas,
simultaneamente, é:
A I.
 II.
C III.
d I e II.
E I e III.
5 Vunesp A figura representa esquematicamente um
diodo, dispositivo eletrônico formado pela junção de
dois cristais semicondutores, um com excesso de por-
tadores de carga positiva, denominado p, e outro com
excesso de portadores de cargas negativas, denomi-
nado n.
P n
diodo
Junto à região de contato desses cristais, represen-
tada pela faixa sombreada, nota-se que, por difusão,
parte dos portadores de carga positiva do cristal p
passa para o cristal n e parte dos portadores de car
ga negativa passa do cristal n para o cristal p. Liga-se
esse diodo a uma pilha, formando o circuito da gura
a seguir.
P
+ –
n
diodo
Pode-se armar que, nessas condições, o diodo:
A vai ser percorrido por uma corrente elétrica forma-
da de portadores de carga negativa, no sentido de
p para n, e de portadores de carga positiva, no sen-
tido de n para p.
 vai ser percorrido por uma corrente elétrica forma-
da de portadores de carga negativa, no sentido de
n para p, e de portadores de carga positiva, no sen-
tido de p para n.
C vai ser percorrido por uma corrente elétrica forma-
da de portadores de cargas positiva e negativa no
sentido de n para p.
d vai ser percorrido por uma corrente elétrica forma-
da de portadores de cargas positiva e negativa no
sentido de p para n.
E não será percorrido por nenhuma corrente elétrica
em qualquer sentido.
Exercícios complementares
FÍSICA Capítulo 4 Corrente elétrica246
6 Vunesp Suponha que num experimento de eletróli-
se, representado pela figura a seguir, 3 coulombs de
carga positiva e 3 coulombs de carga negativa atra-
vessem o plano PP’ durante 1 segundo.
P
+ –
P’
–
+
A
A corrente em amperes indicada pelo amperímetro A
será:
A 0
 1
C 2
d 3
E 6
7 Enem A distribuição média, por tipo de equipamento,
do consumo de energia elétrica nas residências no
Brasil é apresentada no gráfico a seguir.
Máquina
de lavar
5%
TV
10%
Outros
5%
Chuveiro
25%
Lâmpadas
incandescentes
20%
Ferro
elétrico
5%
Geladeira
30%
Como medida de economia, em uma residência com
4 moradores, o consumo mensal médio de energia
elétrica foi reduzido para 300 kWh. Se essa residência
obedece à distribuição dada no gráco, e se nela há
um chuveiro de 5  000 W, pode-se concluir que o ba-
nho diário de cada morador passou a ter uma duração
média, em minutos, de:
A 2,5
 5,0
C 7,5
d 10,0
E 12,0
8 Unesp 2018 Em uma sala estão ligados um aparelho de
ar condicionado, um televisor e duas lâmpadas idênti-
cas, como mostra a figura. A tabela informa a potência
e a diferença de potencial de funcionamento desses
dispositivos.
(http://t3.gstatic.com)
Dispositivo Potência (W) DDP (V)
Ar-condicionado 1  100 110
Televisor 44 110
Lâmpada 22 110
a) Considerando o custo de 1 kWh igual a R$ 0,30
e os dados da tabela, calcule, em reais, o custo
total da energia elétrica consumida pelos quatro
dispositivos em um período de 5,0 horas.
b) Considerando que os dispositivos estejam asso-
ciados em paralelo e funcionando conforme as
especificações da tabela, calcule a intensidade
da corrente elétrica total para esse conjunto, em
amperes.
9 Fuvest Os gráficos, apresentados ao lado, caracteri-
zam a potência P, em watt, e a luminosidade L, em
lúmen, em função da tensão, para uma lâmpada in-
candescente. Para iluminar um salão, um especialista
programou utilizar 80 dessas lâmpadas, supondo que
a tensão disponível no local seria de 127 V.
Entretanto, ao iniciar-se a instalação, vericou-se
que a tensão no local era de 110 V. Foi necessário,
portanto, um novo projeto, de forma a manter a mes-
ma luminosidade no salão, com lâmpadas desse
mesmo tipo.
60
70
80
100 110 120 140
127 V
(volt)
V
(watt)
P
600
500
400
700
800
100 110 120 140 (volt)
V
(lúmen)
L
127 V
130
130
F
R
E
N
T
E
 2
247
Para esse novo projeto, determine:
a) o número N de lâmpadas a serem utilizadas.
b) a potência adicional PA, em watts, a ser consumi-
da pelo novo conjunto de lâmpadas, em relação à
que seria consumida no projeto inicial.
10 Unicamp Um LED (do inglês Light Emitting Diode) é um
dispositivo semicondutor para emitir luz.
Sua potência depende da corrente elétrica que passa
através desse dispositivo, controlada pela voltagem
aplicada. Os grácos abaixo representam as caracte-
rísticas operacionais de um LED com comprimento de
onda na região do infravermelho, usado em controles
remotos.
50
40
30
20
10
0
0,4 0,6 0,8
Voltagem (V)
1,0 1,2 1,4 1,6
C
o
rr
e
n
te
 (
10
–
3
 A
)
2,0
1,5
1,0
0,5
0,0
0 10 20
Corrente (10
–3
 A)
30 40 50
P
o
tê
n
c
ia
 l
u
m
in
o
s
a
 (
10
–
3
 W
)
a) Qual é a potência elétrica do diodo, quando uma
tensão de 1,2 V é aplicada?
b) Qual é a potência de saída (potência elétrica
transformada em luz) para essa voltagem? Qual é
a eficiência do dispositivo?
c) Qual é a eficiência do dispositivo sob uma tensão
de 1,5 V?
11 UEL 2018 Em 1947 (portanto, há exatos 70 anos), foi cria-
do o primeiro transistor pelos cientistas John Bardeen
e Walter H. Brattain, nos laboratórios da Bell Telephone,
nos Estados Unidos. Hoje, estes dispositivos são a
base dos componentes que executam as funções
lógicas nos mais diversos equipamentos eletrônicos,
como o caixa eletrônico de bancos, o sistema de inje-
ção eletrônica de automóveis, os computadores e os
smartphones. Um transistor do tipo bipolar de junção
é representado pelo símbolo da Figura 1, onde são
indicados os três terminais do dispositivo, a Base, o
Emissor e o Coletor.
Figura 1
C
E
B
Figura 2
V
CE
(volts)
0 1
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
22
24
26
I c
(x
10
–
3
a
m
p
e
re
s
)
2 3 4 5 6
I
B
= 50 µA
I
B
= 70 µA
I
B
= 200 µA
No gráco da Figura 2, são dadas as curvas ca-
racterísticas desse transistor (na conguração de
emissor comum). Nesse gráco, a corrente elétrica IC
no coletor, estabelecida pela ddp VCE aplicada
entre os terminais do coletor e do emissor, é con-
trolada pelo valor da corrente elétrica IB aplicada ao
terminal da base.
Considerando que a corrente na base é de IB = 200µA,
obtenha a resistência elétrica entre o coletor e o emis-
sor do transistor quando a ddp VCE = 0,5 V.
Justique sua resposta, apresentando os cálculos en-
volvidos na resolução desta questão.
12 Fuvest A figura representa uma câmara fechada C,
de parede cilíndrica de material condutor, ligada a ter-
ra. Em uma de suas extremidades, há uma películaJ,
de pequena espessura, que pode ser atravessada por
partículas. Coincidente com o eixo da câmara, há um
fio condutor F mantido em potencial positivo em re-
lação a terra. O cilindro está preenchido com um gás
detal forma que partículas alfa, que penetram em C,
através de J, colidem com moléculas do gás poden-
do arrancar elétrons das mesmas. Neste processo,
são formados íons positivos e igual número de elé-
trons livres que se dirigem, respectivamente, para C
e para F. O número de pares elétron-ion formados é
proporcional à energia depositada na câmara pelas
partículas alfa, sendo que, para cada 30eV de energia
perdida por uma partícula alfa, um par é criado. Anali-
se a situação em que um número n = 2 ⋅ 104 partículas
alfa, cada uma com energia cinética igual a 4,5 MeV,
FÍSICA Capítulo 4 Corrente elétrica248
penetram em C, a cada segundo, e lá perdem toda a
sua energia cinética. Considerando que apenas essas
partículas criam os pares elétron-ion, determine:
R
A
C
F
J
B
Note e adote: 1) A carga de um elétron é e = –1,6 ⋅ 10
–19
 C
 2) elétron-volt (eV) é uma unidade de energia
 3) 1 MeV = 10
6
 eV
a) o número N de elétrons livres produzidos na câ-
mara C a cada segundo.
b) a diferença de potencial V entre os pontos A e B
da figura, sendo a resistência R = 5 ⋅ 10
7
W.
13 UFJF 2019 Durante uma viagem, você compra um
chuveiro elétrico com especificação na embalagem
de 220 V e 7  000 W. Ao chegar em casa, após a ins-
talação, você percebe que sua rede elétrica fornece
apenas 127 V. Em relação ao funcionamento do chu-
veiro instalado em 220 V, se você ligá-lo na potência
máxima e em 127 V:
A o chuveiro irá queimar, e a água sairá fria.
 a água sairá aquecida à mesma temperatura.
C a água sairá aquecida, porém, mais fria.
d a água sairá aquecida, porém, mais quente.
e o chuveiro não irá funcionar, e a água sairá fria.
14 Fuvest O gráfico adiante representa o comporta-
mento da resistência de um fio condutor em função
da temperatura em K. O fato de o valor da resistência
ficar desprezível abaixo de uma certa temperatura
caracteriza o fenômeno da supercondutividade. Pre-
tende-se usar o fio na construção de uma linha de
transmissão de energia elétrica em corrente contí-
nua. À temperatura ambiente de 300 K a linha seria
percorrida por uma corrente de 1 000 A, com uma cer-
ta perda de energia na linha. Qual seria o valor da
corrente na linha, com a mesma perda de energia, se
a temperatura do fio fosse baixada para 100 K?
0 100 200 300 T (K)
0,001
0,002
0,003
0,004
R (Ω)
A 500 A
 1 000 A
C 2  000 A
d 3  000 A
e 4  000 A
15 Fuvest 2019 Um chuveiro elétrico que funciona em
220 V possui uma chave que comuta entre as posi-
ções “verão” e “inverno”. Na posição “verão”, a sua
resistência elétrica tem o valor 22 W, enquanto na po-
sição “inverno” é 11 W. Considerando que na posição
“verão” o aumento de temperatura da água, pelo chu-
veiro, é 5 ºC, para o mesmo fluxo de água, a variação
de temperatura, na posição “inverno”, em °C, é
A 2,5
 5,0
C 10,0
d 15,0
e 20,0
16 Famerp 2019 Duas esferas metálicas de dimensões di-
ferentes, situadas no ar, são eletrizadas e colocadas
sobre suportes isolantes com seus centros distando
6,0 metros entre si. As esferas são unidas com um
fio condutor até que atinjam o equilíbrio eletrostático,
situação em que a esfera A fica eletrizada com car-
ga positiva de valor 8,0 × 10−8 C e a esfera B com
carga também positiva de valor 5,0 × 10
−8
C.
a) Considerando que, para atingir o equilíbrio,
2,0 × 10
11
 elétrons foram transferidos entre as es-
feras, que a carga de cada elétron é, em módulo,
1,6 × 10
−19
C e que o processo durou 4,0 × 10
−6
se-
gundos, calcule a intensidade média da corrente
elétrica, em amperes, que percorreu o condutor
nesse intervalo de tempo.
b) Considerando a constante eletrostática do ar
igual a 9,0 × 109 (N·m2)/C2, calcule a intensidade
do campo elétrico, em N/C, resultante da ação
das cargas elétricas das duas esferas no ponto M.