Tópicos de Física 3 - Parte 1-280-282

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278 UNIDADE 2 | ELETRODINÂMICA
Com base nas informações dadas, a potência na 
condição morno corresponde a que fração da po­
tência na condição superquente?
a) 1
3
b) 1
5
c) 3
5
d) 3
8
e) 5
8
 45. (Unifeso­RJ) Usa­se um aquecedor elétrico para 
aquecer 60 kg de água inicialmente a 20 8C.
O aquecedor é constituído por uma resistência de 
imersão de 0,6 V ligada sob 120 V. Considere o 
calor específico da água como sendo 4 000 J/kg 8C. 
O aquecedor desligou automaticamente quando a 
temperatura da água atingiu 80 8C. Portanto, o 
aquecedor ficou ligado durante:
a) 6 minutos 
b) 8 minutos 
c) 10 minutos
d) 12 minutos 
e) 16 minutos
 46. (FMABC­SP) Considere 
um calorímetro ideal (ca­
pacidade térmica des­
prezível e de paredes 
adiabáticas) dotado de 
um resistor interno R e 
preenchido com 1 litro de 
água a 18 8C. O resistor é 
ligado a uma tensão elé­
trica de 120 V por 30 se­
gundos, o que provoca 
uma variação de temperatura na água de 3,6 8C.
Considerando que toda energia térmica dissipada 
pelo resistor foi absorvida pela água, determine o 
valor de R, em ohms.
Dado: calor específico da água: 4,0 ? 103 J ? kg21 ? 8C21.
R
e
p
ro
d
u
ç
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o
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n
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R
e
p
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d
it
o
ra
R
e
p
ro
d
u
ç
ã
o
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M
A
B
C
 47. (Unemat­MT) O café é uma bebida muito aprecia­
da no Brasil e, no seu preparo, costuma­se utili­
zar um resistor de imersão para aquecer a água 
que é utilizada para fazer o café (ver figura).
Ligação do resistor de imersão.
U 5 110 V
H
2
O
R 5 5 V
Considerando que esse resistor apresenta uma 
resistência de 5,0 V e que é alimentado por uma 
fonte de tensão de 110 V, então, o tempo neces­
sário para se aquecer 300 g de água de 20 8C para 
70 8C é aproximadamente:
Dados: calor específico da água 5 1 cal/g 8C e 
1 cal 5 4,2 J.
a) 10 s 
b) 15 s 
c) 35 s 
d) 32 s 
e) 26 s
 48. (IJSO) Na aula de Eletrodinâmica, o professor 
mostra como é um chuveiro elétrico por dentro e 
ao passar a chave seletora da posição “verão” 
para a posição “inverno”, destaca aos alunos que 
parte do resistor do chuveiro é colocada em cur­
to­circuito. O professor apresenta quatro afirma­
tivas para que os alunos indiquem quais são as 
corretas, quando se realiza essa mudança de 
posição da chave seletora:
 I. A resistência elétrica do chuveiro aumenta;
 II. Corretamente ligado à rede elétrica, a potên­
cia elétrica dissipada pelo chuveiro diminui;
 III. Corretamente ligado à rede elétrica, a inten­
sidade da corrente elétrica que percorre o 
chuveiro diminui;
 IV. Corretamente ligado à rede elétrica, mantida a 
vazão constante, a temperatura da água diminui.
O que você responderia se fosse um aluno dessa 
classe?
a) Somente II e IV estão corretas.
b) Somente II está correta.
c) Somente I e IV estão corretas.
d) Todas as afirmações estão corretas.
e) Nenhuma das afirmações está correta.
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279TÓPICO 4 | ENERGIA E POTÊNCIA ELÉTRICA
Bloco 2
4. Potência elétrica do gerador
Podemos, agora, analisar um gerador elétrico do ponto de vista das potências 
elétricas envolvidas durante seu funcionamento.
A relação entre as potências esquematizadas abaixo é resultado do Princípio 
de Conservação de Energia.
A imagem acima esquematiza as potências envolvidas no funcionamento de 
um gerador. São elas:
• Potência gerada (Pg): potência com origem em outras formas de energia 
que não a elétrica (química, mecânica, etc.).
• Potência fornecida (Pf): potência elétrica útil disponível entregue ao circui­
to externo ao gerador.
• Potência dissipada (Pd): potência ligada às perdas por Efeito Joule na pró­
pria resistência interna do gerador.
Da equação do gerador, podemos deduzir cada uma das potências elétricas 
citadas.
U 5 e 2 r i
Multiplicando­se ambos os membros pela intensidade da corrente elétrica, 
obtém­se:
Ui i ri
P P
2
Pf g d
{{ {
5 e 2
Portanto, temos:
• Pf 5 U i (potência útil)
• Pg 5 e i (potência total)
• Pd 5 r i
2
Relacionando essas três potências elétricas, temos:
Pf 5 Pg 2 Pd
geradorpotência
gerada
potência
fornecida
potência 
dissipada
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280 UNIDADE 2 | ELETRODINÂMICA
5. Rendimento elétrico do gerador
Para se estabelecer a eficiência de um dispositivo quando em funcionamento, 
define­se uma grandeza adimensional chamada rendimento. O rendimento de um 
gerador será determinado pela razão entre a potência fornecida útil (Pf) e a potên­
cia total gerada (Pt). A letra grega h (eta) irá representar essa grandeza. Assim:
P
P
f
t
h5
ou
Ui
i
h5
e
Portanto,
U
h5
e
De maneira geral, o rendimento é expresso em porcentagens.
Para geradores reais, teremos sempre h , 1 ou h , 100%.
Qual a eficiência de plantas de geração de energia elétrica que utilizam fontes 
renováveis?
A matriz energética mundial ainda utiliza predominantemente fontes de energia não renováveis. 
O carvão, por exemplo, é a principal parcela dessa matriz e apresenta eficiência de 32% a 42%. Na busca 
de modos de produção de energia elétrica que reduzam o impacto no meio ambiente, diversos tipos de 
planta de geração elétrica foram construídos e estão constantemente sendo propostos. No entanto, qual 
é a eficiência dessas instalações? Esse cálculo é bastante complexo, pois há diversos fatores que devem 
ser considerados, como a disponibilidade da fonte de energia ao longo do ano, as perdas devido ao Efeito 
Joule, etc. A seguir apresentamos uma breve descrição de algumas fontes de energia que utilizam recur­
sos renováveis e suas respectivas eficiências.
Bioenergia
É a energia que pode ser gerada a partir da 
matéria orgânica, vegetal ou animal, como plan­
tas, madeira, resíduos agrícolas e urbanos ou 
até mesmo excremento. A biomassa é queima­
da e a energia térmica resultante do processo é 
transformada em energia elétrica nas usinas de 
bioenergia. A biomassa pode ainda ser utilizada 
como substituta de combustíveis fósseis, como 
o petróleo. A renovação da biomassa se dá pelo 
ciclo do carbono, sendo renovável em um curto 
período de tempo. A eficiência estimada das 
plantas que utilizam bioenergia é de aproxima­
damente 60%.
Ampliando o olhar
 Usinas como a de Guaraci, em São Paulo, produzem etanol, 
um dos combustíveis derivados da biomassa, no caso a 
cana-de-açúcar. O Brasil é o maior produtor mundial desse 
insumo, sendo que 17,5% da sua matriz energética total 
(não só elétrica) é proveniente dos derivados da cana.
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