Tópicos de Física 3 - Parte 1-265-267

Prévia do material em texto

263TÓPICO 4 | ENERGIA E POTÊNCIA ELÉTRICA
Quanto custa o seu banho num chuveiro elétrico?
É relativamente comum haver campanhas pedindo, entre 
outras medidas de economia, que o tempo levado durante um 
banho, com o chuveiro elétrico ligado, seja da ordem de poucos 
minutos. Essa medida tem dois propósitos: a redução do con­
sumo de água (especialmente importante nas épocas de seca) 
e a redução do consumo de energia. Vamos analisar o consumo 
de eletricidade nos chuveiros elétricos, apesar de ser relativa­
mente comum, principalmente em apartamentos, o aquecimento 
a gás da água do chuveiro. 
Digamos então que você queira saber a diferença de preço 
entre tomar um banho razoavelmente rápido, de 5 minutos 
(0,083 hora), e um banho longo, que dure 30 minutos (0,5 hora). 
Se fosse uma ligação telefônica, por exemplo, seria necessário 
apenas olhar na conta de telefone o quanto tal ligação custou, 
ou saber o custo cobrado por minuto da sua operadora. Numa conta de energia elétrica, contudo, não 
vem discriminado o uso da energia elétrica, mas ainda assim existe uma maneira simples de você mes­
mo fazer esse cálculo. Para isso, você apenas precisa saber a potência do seu chuveiro (ela vem escrita 
em alguns chuveiros, ou você pode encontrar essa informação no site do fabricante), e ter em mãos uma 
conta de luz recente.
A potência de um chuveiro elétrico varia, em média, de 5 000 a 8 000 W. Digamos que você descobriu 
que o chuveiro da sua casa tem uma potência de 6 500 W, e que você o utilize na sua potência máxima (na 
opção mais quente) num dia de inverno. 
A energia necessária para cada banho é equivalente ao produto entre a potência do aparelho (em kW) 
e o intervalo de tempo do banho (em horas). Portanto:
Banho de 5 minutos: 6,5 kW ? 0,083 h 5 0,54 kWh
Banho de 30 minutos: 6,5 kW ? 0,5 h 5 3,25 kWh
Para um cálculo simplificado, vamos considerar as taxas de distribuição e transmissão. Em abril de 
2018 no estado de São Paulo, o valor cobrado pela companhia de distribuição de energia elétrica para 
essas taxas foi R$ 0,32356 e R$ 0,24481, respectivamente. O custo de cada banho é obtido pelo produ­
to entre a energia necessária e a taxa total (soma das taxas de distribuição e transmissão no valor de 
R$ 0,56837):
Banho de 5 minutos: 0,56837 ? 0,54 > R$ 0,31
Banho de 30 minutos: 0,56837 ? 3,25 > R$ 1,85
Levando em consideração um mês de trinta dias, que inclua apenas um banho diário, alguém que 
demore 5 minutos no chuveiro gastará R$ 9,30. Já aquelas pessoas que gostam de banhos demorados 
causarão um impacto na conta de R$ 55,50.
Essa conta pode ser repetida para saber, por exemplo, o impacto na conta de energia caso você deixe 
sua televisão ligada o dia todo, use secador de cabelo todos os dias, deixe seu ventilador ligado constan­
temente no verão, etc. Alguns aparelhos, contudo, precisam de um cálculo um pouco mais cuidadoso. 
O seu computador, por exemplo, terá um consumo de energia bastante variável, dependendo se ele está 
ligado apenas para você ler um arquivo de texto, com a tela num brilho baixo, ou caso você esteja jogando 
jogos utilizando o brilho máximo da tela. O consumo elétrico de uma geladeira (ou freezer) também pre­
cisa de cuidados na hora de repetir esse cálculo, pois dependerá da quantidade de produtos armazenados 
ali dentro, do calor ambiente, de quantas vezes por dia a porta é aberta, absorvendo assim calor, o que faz 
com que o motor trabalhe mais, entre outros fatores.
Ampliando o olhar
J
a
c
e
k
/K
in
o
.c
o
m
.b
r
3CONECTEFIS_MERC18Sa_U2_Top4_p259a299.indd 263 9/13/18 9:43 AM
264 UNIDADE 2 | ELETRODINÂMICA
Nível 1Exercícios
 1. (Vunesp) Para orientar técnicos em exames de 
radiografia, o fabricante do aparelho fornece 
uma tabela na qual se indica a diferença de 
potencial, a intensidade da corrente elétrica e 
o intervalo de tempo de atuação do aparelho, 
acompanhados das respectivas unidades, que 
devem ser utilizadas em cada exame. 
A tabela a seguir é parte de uma dessas orien­
tações:
Técnicas radiológicas para dosagem com 
valor aproximado para biotipo mediolíneo
Exame
Diferença 
potencial 
(kV)
Corrente 
elétrica 
(mA)
Tempo 
(s)
Crânio (perfil) 60 200 0,25
Nariz (perfil) 40 100 0,05
Coluna lombar 
(anteroposterior)
70 200 0,40
Ombro (axilar) 50 100 0,25
Úmero (lateral) 60 200 0,06
(http://dicasradiologia.blog.spot.com.br. Adaptado.)
Supondo que toda energia elétrica seja trans­
formada em radiação, em um exame radio­
gráfico de nariz (perfil), determine:
a) a potência elétrica do aparelho; 
b) a energia elétrica utilizada pelo aparelho.
 Resolução:
a) Para os exames de nariz, os dados são:
U 5 40 kV 5 40 ? 103 V
i 5 100 mA 5 100 ? 1023 A
Portanto:
P 5 i U 5 100 ? 1023 ? 40 ? 103 
P 5 4 000 W
b) Eel 5 P Dt 5 4 000 ? 0,05
Eel 5 200 J
E.R.
 2. (Enem) A capacidade de uma bateria com acumu­
ladores, tal como a usada no sistema elétrico de um 
automóvel, é especificada em ampere­hora (Ah). 
Uma bateria de 12 V e 100 Ah fornece 12 J para cada 
coulomb de carga que flui através dela.
Se um gerador, de resistência interna desprezível, 
que fornece uma potência elétrica média igual a 
600 W, fosse conectado aos terminais da bateria 
descrita, quando tempo ele levaria para recarre­
gá­la completamente?
a) 0,5 h
b) 2 h
c) 12 h
d) 50 h
e) 100 h
 3. (Fuvest­SP) 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 8,0 W, que opera com 4,0 V, sendo 
alimentado por uma fonte (F) de 6,0 V.
R
e
p
ro
d
u
ç
ã
o
/F
u
v
e
s
t-
S
P
O valor da resistência do resistor (R), em V, ne­
cessário 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
 4. (Vunesp) Agenor acabou de instalar uma torneira 
elétrica na pia de sua cozinha. A instalação foi 
feita em um circuito em que estavam instalados 
somente seu freezer e sua geladeira, conforme 
representado na figura:
geladeira
torneira elétrica
550 W
2 200 W
440 W
freezer
disjuntor
110 V
R
e
p
ro
d
u
ç
ã
o
/A
rq
u
iv
o
 d
a
 e
d
it
o
ra
3CONECTEFIS_MERC18Sa_U2_Top4_p259a299.indd 264 9/13/18 9:43 AM
265TÓPICO 4 | ENERGIA E POTÊNCIA ELÉTRICA
Quando Agenor ligou a torneira, o freezer e a ge­
ladeira estavam em funcionamento e, instanta­
neamente, o disjuntor que protege o circuito se 
desarmou, desligando os aparelhos.
Para que os três aparelhos possam ser ligados 
simultaneamente Agenor deverá trocar o disjun­
tor de proteção do circuito. Das opções disponí­
veis, a que indica a menor amperagem possível 
para o novo disjuntor a ser instalado para prote­
ger esse circuito é:
a) 15 A 
b) 20 A 
c) 26 A 
d) 30 A 
e) 32 A
 5. (Enem) Uma lâmpada LED (diodo emissor de luz), 
que funciona com 12 V e corrente contínua de 
0,45 A, produz a mesma quantidade de luz que 
uma lâmpada incandescente de 60 W de potência.
Qual o valor da redução da potência consumida ao 
se substituir a lâmpada incandescente pela de LED?
a) 54,6 W
b) 27,0 W
c) 26,6 W
d) 5,4 W
e) 5,0 W
 6. (Unicesumar­PR) Um técnico de eletricidade dis­
põe de diversas lâmpadas ôhmicas idênticas nas 
quais podemos ler as seguintes inscrições: 
12 V 2 6 W. Ele pretende associar o menor nú­
mero possível dessas lâmpadas em paralelo e 
ligá­las a uma fonte de 12 V.
Como precaução insere, em série, com a fonte de 
tensão, um fusível que suporta uma corrente má­
xima de 4 A a fim de proteger as lâmpadas.
Após efetuar alguns cálculos, o técnico determi­
na o número de lâmpadas que ele pode associar 
em paralelo nesse circuito, sem queimar o fusível. 
O número máximo de lâmpadas que ele encontrou 
foi igual a:
a) 4
b) 6
c) 8
d) 10 
e) 12
 7. (Uespi) A figura a seguir indica um estudo sobre uma 
instalação elétrica, onde uma extensão, com capa­
cidade de suportar até 20 A, está conectada a uma 
rede elétrica de 120 V. Nesta extensão estão conec­
R
e
p
ro
d
u
ç
ã
o
/ 
Un
ic
e
s
u
m
a
r-
P
R
tados um aparelho com potência nominal de 60 W, 
um equipamento de resistência elétrica 120 V e um 
benjamim (também conhecido por “T”). 
O benjamim possui capacidade de suportar inten­
sidade de corrente elétrica até 15 A. No benjamim 
estão ligados um equipamento com resistência 
elétrica 30 V e um outro aparelho com potência 
elétrica de 1 200 W.
1200 W
60 W
120 V
30 V
(3)
(4)
(2)
(1)
É correto afirmar que:
a) A extensão não poderá suportar adequada­
mente todos os equipamentos ligados simul­
taneamente.
b) A extensão está dimensionada para suportar 
adequadamente todos os equipamentos de 
instalação.
c) A extensão tem condições de suportar a insta­
lação de todos os equipamentos, mas o benja­
mim não suporta a intensidade de corrente 
elétrica dos aparelhos nele instalados.
d) A extensão somente poderá ser utilizada se o 
equipamento com 60 W de potência for desligado.
e) As alternativas a e d estão corretas. 
 8. (Vunesp) Uma sala é iluminada por quatro lâmpadas 
idênticas de características nominais 60 W – 120 V, 
que são acionadas por duas chaves, A e B, conforme 
representado na figura.
A
B
120 V
Determine:
a) a intensidade total da corrente, em amperes, 
no circuito, se apenas a chave B está fechada; 
b) o consumo de energia, em kWh, durante 4,0 h, 
se as duas chaves, A e B, estiverem fechadas.
R
e
p
ro
d
u
ç
ã
o
/A
rq
u
iv
o
 d
a
 e
d
it
o
ra
R
e
p
ro
d
u
ç
ã
o
/A
rq
u
iv
o
 d
a
 e
d
it
o
ra
3CONECTEFIS_MERC18Sa_U2_Top4_p259a299.indd 265 9/13/18 9:44 AM