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Prof. Daniel Ortega Física Br Lista de Exercícios – Corrente e Potência Elétrica 1. (Enem PPL 2018) Com o avanço das multifunções dos dispositivos eletrônicos portáteis, como os smartphones, o gerenciamento da duração da bateria desses equipamentos torna-se cada vez mais crítico. O manual de um telefone celular diz que a quantidade de carga fornecida pela sua bateria é de 1.500 mAh. A quantidade de carga fornecida por essa bateria, em coulomb, é de a) 90 b) 1.500. c) 5.400. d) 90.000. e) 5.400.000. 2. (Unesp 2018) Uma bateria de smartphone de 4.000 mA h e 5,0 V pode fornecer uma corrente elétrica média de 4.000 mA durante uma hora até que se descarregue. a) Calcule a quantidade de carga elétrica, em coulombs, que essa bateria pode fornecer ao circuito. b) Considerando que, em funcionamento contínuo, a bateria desse smartphone se descarregue em 8,0 horas, calcule a potência média do aparelho, em watts. 3. (Fuvest 2017) Na bateria de um telefone celular e em seu carregador, estão registradas as seguintes especificações: Com a bateria sendo carregada em uma rede de 127 V, a potência máxima que o carregador pode fornecer e a carga máxima que pode ser armazenada na bateria são, respectivamente, próximas de Note e adote: - AC : corrente alternada; - DC : corrente contínua. a) 25,4 W e 5.940 C. b) 25,4 W e 4,8 C. c) 6,5 W e 21.960 C. d) 6,5 W e 5.940 C. e) 6,1 W e 4,8 C. 4. (Uefs 2017) A figura representa a intensidade da corrente elétrica I, que percorre um fio condutor, em função do tempo t. Nessas condições, é correto afirmar que a corrente média circulando no condutor no intervalo de tempo entre t 0 e t 6,0 ms, em mA, é igual a a) 6,0 b) 7,0 c) 8,0 d) 9,0 e) 10,0 5. (Unicamp 2017) Tecnologias móveis como celulares e tablets têm tempo de autonomia limitado pela carga armazenada em suas baterias. O gráfico abaixo apresenta, de forma simplificada, a corrente de recarga de uma célula de bateria de íon de lítio, em função do tempo. Considere uma célula de bateria inicialmente descarregada e que é carregada seguindo essa curva de corrente. A sua carga no final da recarga é de a) 3,3 C. b) 11.880 C. c) 1.200 C. d) 3.300 C. Prof. Daniel Ortega Física Br 6. (Fuvest 2018) Atualmente são usados LEDs (Light Emitting Diode) na iluminação doméstica. LEDs são dispositivos semicondutores que conduzem a corrente elétrica apenas em um sentido. Na figura, há um circuito de alimentação de um LED (L) de 8 W, que opera com 4 V, sendo alimentado por uma fonte (F) de 6 V. O valor da resistência do resistor (R), em , necessário para que o LED opere com seus valores nominais é, aproximadamente, a) 1,0. b) 2,0. c) 3,0. d) 4,0. e) 5,0. 7. (Unifesp 2018) Uma espira metálica circular homogênea e de espessura constante é ligada com fios ideais, pelos pontos A e B, a um gerador ideal que mantém uma ddp constante de 12 V entre esses pontos. Nessas condições, o trecho AB da espira é percorrido por uma corrente elétrica de intensidade ABi 6 A e o trecho ACB é percorrido por uma corrente elétrica de intensidade ACBi , conforme a figura. Calcule: a) as resistências elétricas ABR e ACBR , em ohms, dos trechos AB e ACB da espira. b) a potência elétrica, em W, dissipada pela espira. 8. (Unesp 2018) Em uma sala estão ligados um aparelho de ar-condicionado, um televisor e duas lâmpadas idênticas, como mostra a figura. A tabela informa a potência e a diferença de potencial de funcionamento desses dispositivos. Dispositivo Potência (W) DDP (V) Ar- condicionado 1.100 110 Televisor 44 110 Lâmpada 22 110 a) Considerando o custo de 1kWh 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 associados em paralelo e funcionando conforme as especificações da tabela, calcule a intensidade da corrente elétrica total para esse conjunto, em ampères. 9. (Fuvest 2018) Em 2016, as lâmpadas incandescentes tiveram sua venda definitivamente proibida no país, por razões energéticas. Uma lâmpada fluorescente, considerada energeticamente eficiente, consome 28 W de potência e pode produzir a mesma intensidade luminosa que uma lâmpada incandescente consumindo a potência de 100 W. A vida útil média da lâmpada fluorescente é de 10.000 h e seu preço médio é de R$ 20,00, enquanto a lâmpada incandescente tem vida útil de 1.000 h e cada unidade custaria, hoje, R$ 4,00. O custo da energia é de R$ 0,25 por quilowatt-hora. O valor total, em reais, que pode ser poupado usando uma lâmpada fluorescente, ao longo da sua vida útil, ao invés de usar lâmpadas incandescentes para obter a mesma intensidade luminosa, durante o mesmo período de tempo, é a) 90,00. b) 140,00. c) 200,00. d) 250,00. e) 290,00. Prof. Daniel Ortega Física Br 10. (Enem 2018) Alguns peixes, como o poraquê, a enguia- elétrica da Amazônia, podem produzir uma corrente elétrica quando se encontram em perigo. Um poraquê de 1 metro de comprimento, em perigo, produz uma corrente em torno de 2 ampères e uma voltagem de 600 volts. O quadro apresenta a potência aproximada de equipamentos elétricos. Equipamento elétrico Potência aproximada (watt) Exaustor 150 Computador 300 Aspirador de pó 600 Churrasqueira elétrica 1.200 Secadora de roupas 3.600 O equipamento elétrico que tem potência similar àquela produzida por esse peixe em perigo é o(a) a) exaustor. b) computador. c) aspirador de pó. d) churrasqueira elétrica. e) secadora de roupas. 11. (Fuvest 2016) Em um circuito integrado (CI), a conexão elétrica entre transistores é feita por trilhas de alumínio de 500 nm de comprimento, 100 nm de largura e 50 nm de espessura. a) Determine a resistência elétrica de uma dessas conexões, sabendo que a resistência, em ohms, de uma trilha de alumínio é dada por 8R 3 10 L A, em que L e A são, respectivamente, o comprimento e a área da seção reta da trilha em unidades do SI. b) Se a corrente elétrica em uma trilha for de 10 A,μ qual é a potência dissipada nessa conexão? c) Considere que um determinado CI possua 610 dessas conexões elétricas. Determine a energia E dissipada no CI em 5 segundos de operação. d) Se não houvesse um mecanismo de remoção de calor, qual seria o intervalo de tempo t necessário para a temperatura do CI variar de 300 C? Note e adote: 91nm 10 m Capacidade térmica do 5CI 5 10 J / K Considere que as trilhas são as únicas fontes de calor no CI. 12. (Unicamp 2015) Um desafio tecnológico atual é a produção de baterias biocompatíveis e biodegradáveis que possam ser usadas para alimentar dispositivos inteligentes com funções médicas. Um parâmetro importante de uma bateria biocompatível é sua capacidade específica (C), definida como a sua carga por unidade massa, geralmente dada em mAh / g. O gráfico abaixo mostra de maneira simplificada a diferença de potencial de uma bateria à base de melanina em função de C. a) Para uma diferença de potencial de 0,4V, que corrente média a bateria de massa m 5,0g fornece, supondo que ela se descarregue completamente em um tempo t 4h? b) Suponha que uma bateria preparada com C 10mAh / g esteja fornecendo uma corrente constante total i 2mA a um dispositivo. Qual é a potência elétrica fornecida ao dispositivo nessa situação? 13. (Unifesp 2013) Observe a charge. Em uma única tomada de tensão nominal de 110V, estãoligados, por meio de um adaptador, dois abajures (com lâmpadas incandescentes com indicações comerciais de 40W–110V), um rádio-relógio (com potência nominal de 20W em 110V) e um computador, com consumo de 120W em 110V. Todos os aparelhos elétricos estão em pleno funcionamento. a) Utilizando a representação das resistências ôhmicas equivalentes de cada aparelho elétrico como RL para cada abajur, RR para o rádio-relógio e RC para o Prof. Daniel Ortega Física Br computador, esboce o circuito elétrico que esquematiza a ligação desses 4 aparelhos elétricos na tomada (adaptador) e, a partir dos dados da potência consumida por cada aparelho, calcule a corrente total no circuito, supondo que todos os cabos de ligação e o adaptador são ideais. b) Considerando que o valor aproximado a ser pago pelo consumo de 1,0kWh é R$0,30 e que os aparelhos permaneçam ligados em média 4 horas por dia durante os 30 dias do mês, calcule o valor a ser pago, no final de um mês de consumo, devido a estes aparelhos elétricos. 14. (Enem 2005) Podemos estimar o consumo de energia elétrica de uma casa considerando as principais fontes desse consumo. Pense na situação em que apenas os aparelhos que constam da tabela a seguir fossem utilizados diariamente da mesma forma. Tabela: A tabela fornece a potência e o tempo efetivo de uso diário de cada aparelho doméstico. Aparelho Potência Tempo de uso diário (horas) Ar condicionado 1,5 8 Chuveiro elétrico 3,3 1/3 Freezer 0,2 10 Geladeira 0,35 10 Lâmpadas 0,1 6 Supondo que o mês tenha 30 dias e que o custo de 1kWh é R$ 0,40, o consumo de energia elétrica mensal dessa casa, é de aproximadamente a) R$ 135. b) R$ 165. c) R$ 190. d) R$ 210. e) R$ 230. 15. (Enem 2009) É possível, com 1 litro de gasolina, usando todo o calor produzido por sua combustão direta, aquecer 200 litros de água de 20 °C a 55 °C. Pode-se efetuar esse mesmo aquecimento por um gerador de eletricidade, que consome 1 litro de gasolina por hora e fornece 110 V a um resistor de 11 Ù, imerso na água, durante um certo intervalo de tempo. Todo o calor liberado pelo resistor é transferido à água. Considerando que o calor específico da água é igual a 4,19 J g-1 °C-1, aproximadamente qual a quantidade de gasolina consumida para o aquecimento de água obtido pelo gerador, quando comparado ao obtido a partir da combustão? a) A quantidade de gasolina consumida é igual para os dois casos. b) A quantidade de gasolina consumida pelo gerador é duas vezes maior que a consumida na combustão. c) A quantidade de gasolina consumida pelo gerador é duas vezes menor que a consumida na combustão. d) A quantidade de gasolina consumida pelo gerador é sete vezes maior que a consumida na combustão. e) A quantidade de gasolina consumida pelo gerador é sete vezes menor que a consumida na combustão. 16. (Unicamp 2017) O controle da temperatura da água e de ambientes tem oferecido à sociedade uma grande gama de confortos muito bem-vindos. Como exemplo podemos citar o controle da temperatura de ambientes fechados e o aquecimento da água usada para o banho. a) O sistema de refrigeração usado em grandes instalações, como centros comerciais, retira o calor do ambiente por meio da evaporação da água. Os instrumentos que executam esse processo são usualmente grandes torres de refrigeração vazadas, por onde circula água, e que têm um grande ventilador no topo. A água é pulverizada na frente do fluxo de ar gerado pelo ventilador. Nesse processo, parte da água é evaporada, sem alterar a sua temperatura, absorvendo calor da parcela da água que permaneceu líquida. Considere que 110 litros de água a 30 C circulem por uma torre de refrigeração e que, desse volume, 2 litros sejam evaporados. Sabendo que o calor latente de vaporização da água é L 540 cal g e que seu calor específico é c 1,0 cal g C, qual é a temperatura final da parcela da água que não evaporou? b) A maioria dos chuveiros no Brasil aquece a água do banho por meio de uma resistência elétrica. Usualmente a resistência é constituída de um fio feito de uma liga de níquel e cromo de resistividade 61,1 10 m.ρ Considere um chuveiro que funciona com tensão de U 220 V e potência P 5.500 W. Se a área da seção transversal do fio da liga for 7 2A 2,5 10 m , qual é o comprimento do fio da resistência? 17. (Fac. Albert Einstein - Medicin 2016) Por decisão da Assembleia Geral da Unesco, realizada em dezembro de 2013, a luz e as tecnologias nela baseadas serão celebradas ao longo de 2015, que passará a ser referido simplesmente como Ano Internacional da Luz. O trabalho de Albert Einstein sobre o efeito fotoelétrico (1905) foi fundamental para a ciência e a tecnologia desenvolvidas a partir de 1950, incluindo a fotônica, tida como a tecnologia do século 21. Com o intuito de homenagear o célebre cientista, um eletricista elabora um inusitado aquecedor conforme mostra a figura abaixo. Esse aquecedor será submetido a uma tensão elétrica de 120V, entre seus terminais A e B, e será utilizado, totalmente imerso, para aquecer a água que enche completamente um aquário de dimensões 30 cm 50 cm 80 cm. Desprezando qualquer tipo de perda, supondo constante a potência do aquecedor e considerando que a distribuição de calor para a água se dê de maneira uniforme, determine após quantas horas de funcionamento, aproximadamente, ele será capaz de provocar uma variação de temperatura de 36 F na água desse aquário. Prof. Daniel Ortega Física Br Adote: Pressão atmosférica 1atm Densidade da água 31g / cm Calor específico da água 1 11cal g C 1cal 4,2 J = resistor de 1 a) 1,88 b) 2,00 c) 2,33 d) 4,00 18. (Ime 2019) A Figura 1 ilustra um tanque industrial contendo duas entradas e uma saída, além de um circuito de aquecimento. A temperatura do líquido no interior do tanque deve ser controlada, a fim de alimentar o processo industrial conectado na saída do tanque. O agitador mistura continuamente os líquidos que chegam pelas entradas, de maneira que o volume total de líquido dentro do tanque esteja sempre numa única temperatura. A perda térmica do tanque pode ser desprezada. Considere o tanque inicialmente vazio, com a válvula de saída fechada e o sistema de aquecimento desligado. Em t 0 a válvula da entrada 1 é aberta com uma vazão de água de 1L min à temperatura de 10 C e a válvula da entrada 2 com uma vazão de água de 0,25 L min à temperatura de 30 C. Nessas condições, determine: a) a temperatura da água no interior do tanque em t 50 min; b) a temperatura da água no interior do tanque em t 150 min, se o circuito de aquecimento é ligado em t 50 min e a potência dissipada na resistência 22 R R , P , varia de acordo com o gráfico da Figura 2; e c) a tensão FV que deverá ser ajustada na fonte para manter a temperatura da água na saída em 22 C após um longo tempo de funcionamento do sistema (t 150 min), sabendo que a válvula da entrada 2 foi fechada, o volume no interior do tanque encontra-se nessa mesma temperatura de 22 C e a válvula de saída foi aberta com a mesma vazão da válvula da entrada 1. Dados: - 1R 2 ; - 2R 10 ; - 1cal 4,2 J; - calor específico da água (c) 1cal g C; e - densidade da água 1kg L. GABARITO 1.C 2. a) Q 14400 C ; b) i 0,5 A 3. D 4.C 5.B 6.A 7. a) ABR 2 Ω ; b) ACBR 10 Ω 8. a) C R$ 1,78 ; b) i 10,8 A 9.C 10.D 11. a) R 3Ω ; b) 10P 3 10 W ; c) 3E 1,5 10 J d) t 50sΔ 12.a) Q 25 mA ; b) P 0,4 mW 13.a) I 2 A ; b) C R$ 7,92 14.E 15.D 16.a) T 20 C ; b) L 2 m 17.C 18. a) f 14 Cθ ; b) f' 16,4 Cθ ; c) FV 110 V