Tópicos de Física 3 - Parte 1-289-291

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287TÓPICO 4 | ENERGIA E POTÊNCIA ELÉTRICA
Carros: motores a combustão versus motores elétricos
Carros elétricos começaram a ser vendidos comercialmente nos últimos anos. Embora o primeiro 
modelo de motor elétrico para automóveis tenha sido desenvolvido em 1884, fatores como a baixa auto­
nomia de uma carga completa, a demora para recarregar a bateria e a facilidade do acesso ao petróleo já 
no início do século XX fizeram com que motores a combustão dominassem o mercado durante pratica­
mente um século inteiro.
Nos anos 1990, já havia uma grande preocupação sobre o que aconteceria quando a reserva de petró­
leo da Terra acabasse, e ainda mais alarmantes foram as discussões no início deste século sobre poluen­
tes emitidos pela crescente população de carros e sua relação com o aquecimento global.
Carros elétricos apresentam a vantagem de não emitir poluentes, como monóxido de carbono, ozônio, 
chumbo, entre outros, já que não há queima de combustível. Porém, um aspecto que frequentemente 
passa despercebido por todos é a eficiência energética desses carros.
Um motor a combustão tem várias perdas de energia. A própria explosão, embora seja o princípio de 
funcionamento para mover os pistões, causa uma geração de calor imensa que, além de não ser aprovei­
tada, precisa ser dissipada para que o motor não superaqueça. A energia utilizada para resfriar o motor, 
portanto, também vem do combustível. Quando se calcula a quantidade de energia gerada por um tanque 
de combustível versus a quantidade de energia para mover o carro, a eficiência energética fica em torno 
dos 15%. Já um carro elétrico, que não consegue carregar em sua bateria a mesma quantidade de ener­
gia que pode ser gerada por um tanque cheio de combustível, necessariamente requer que seu motor seja 
mais eficiente. O fato de o motor elétrico 
não depender de combustão para traba­
lhar, por si só, já causa uma diferença 
imensa em sua eficiência. Levando em 
consideração toda a parte tecnológica apli­
cada, a eficiência de um motor elétrico de 
carro é superior a 90%.
Muitos países já criaram estratégias 
para banir a venda de carros com motor a 
combustão nas próximas décadas. Norue­
ga, China, Índia, França e Inglaterra são 
alguns exemplos, sendo que a Noruega 
tem planos para implementar essas me­
didas já em 2025.
Ampliando o olhar
 Estação de carregamento de baterias de carros elétricos na 
Coreia do Sul.
R
o
s
s
H
e
le
n
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h
u
tt
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rs
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c
k
MAISDESCUBRA
 1. Faça um levantamento das últimas doze contas de energia elétrica de sua casa (essas informações 
normalmente podem ser acessadas no site da empresa fornecedora de energia da sua região). Houve 
alguma variação significativa nos kWh consumidos ao longo das diferentes estações do ano? Discuta 
possíveis razões para isso ter ou não acontecido.
 2. As lâmpadas incandescentes, que foram utilizadas por mais de um século, vêm sendo substituídas 
pelas lâmpadas de LED nos últimos anos. Pesquise os motivos que impulsionam essa substituição. Qual 
a vantagem das lâmpadas de LED em relação às lâmpadas incandescentes?
 3. O rendimento de um gerador, denominado h, não pode ser maior do que 1 (ou 100%). O que h . 1 implicaria?
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288 UNIDADE 2 | ELETRODINÂMICA
Nível 1Exercícios
 49. (FCC­SP) As curvas características de três 
elementos de um circuito elétrico estão re­
presentadas abaixo:
Associando esses três elementos de forma a 
fechar um circuito simples, o rendimento do 
gerador, em porcentagem, será de:
a) 96 b) 92 c) 90 d) 84 e) 80
Resolução:
O gráfico 1 corresponde a um resistor. Portanto, 
podemos usar a 1a Lei de Ohm para determinar 
sua resistência R:
U 5 R i ⇒ 50 5 R (5,0)
R 5 10 V
O gráfico 2 corresponde a um gerador, cuja re­
sistência interna r pode ser obtida pela declivi­
dade da reta:
r tg 10
2,0
N
5 a 5 ∴ r = 5,0 V
Utilizamos a equação característica para obter 
a f.e.m. desse gerador:
U 5 e 2 r i ⇒ 10 5 e 2 5,0 (8,0)
e 5 50 V
O gráfico 3 corresponde a um receptor. Portanto, 
a sua resistência interna r' pode ser obtida pela 
declividade da reta:
r' tg 70 50
8,0 4,0
N
5 b 5
2
2
 ∴ r' = 5,0 V
Utilizamos a equação característica para obter 
a f.c.e.m. desse receptor:
U 5 e' 2 r'i ⇒ 50 5 e' 1 5,0 (4,0)
e' 5 30 V
Com os 3 elementos, podemos formar o seguin­
te circuito simples:
E.R.
R
e
p
ro
d
u
ç
ã
o
/F
C
C
-S
P
10 V
5,0 V5,0 V
30 V50 V
i
'
R
50 30
20
i 1,0 A
∑
∴5
e 2 e
5
2
5
∴U ri 50 5,0 1,0 U 45 V5 e2 5 2 ? 5
U 45
50
0,9 90%∴h5
e
5 5 h5
Resposta: alternativa c.
R
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rq
u
iv
o
 d
a
 e
d
it
o
ra
 50. (Unifor­CE) Um gerador de f.e.m. e 5 20 V e re­
sistência interna r alimenta um circuito consti­
tuído por resistores de resistências elétricas 
R1 5 2,0 V, R2 5 6,0 V, R3 5 3,0 V, conforme 
representa o esquema abaixo:
Sabe­se que o gerador está fornecendo a potên­
cia máxima. Nessa condição, o valor da resistên­
cia interna, em ohms, e a tensão entre os pontos 
A e B, em volts, valem, respectivamente:
a) 1,0 e 5,0 
b) 1,0 e 10 
c) 2,0 e 5,0
d) 2,0 e 10 
e) 4,0 e 5,0
 51. (UEPB) Um motor elétrico M, figura a seguir, é 
ligado a uma bateria que lhe aplica uma diferen­
ça de potencial (tensão) VAB 5 15 V, fornecendo­
­lhe uma corrente de 6,0 A. O motor possui uma 
resistência interna de 0,30 V. Em virtude desta 
resistência, parte da energia fornecida ao motor 
pela bateria é transformada em calor (o motor 
se aquece), sendo a energia restante transfor­
mada em energia mecânica de rotação do motor.
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289TÓPICO 4 | ENERGIA E POTÊNCIA ELÉTRICA
Nessa situação, pode­se afirmar:
a) Com as pás bloqueadas, não há energia dissi­
pada e, consequentemente, não há riscos.
b) Com as pás bloqueadas, o receptor (liquidifi­
cador) converte­se em gerador.
c) Com as pás bloqueadas, temos conversão de 
energia elétrica em mecânica.
d) Com as pás bloqueadas, temos uma violação 
do princípio de conservação de energia.
e) Com as pás bloqueadas, o receptor atua como 
um resistor, dissipando energia elétrica, que 
pode provocar um superaquecimento e a quei­
ma do motor.
 53. Da potência recebida pelo receptor, Pr, uma parcela 
corresponde à potência útil, Pu, e a restante é dissi­
pada na resistência interna, Pd, na forma de calor:
potência
elétrica dissipada (P
d
)
receptor
potência
elétrica útil (P
u
)potência
elétrica recebida (P
r
)
a) Qual o símbolo utilizado para se representar um 
receptor elétrico dentro de um circuito elétrico?
b) Determine uma relação para as potências elé­
tricas (útil, recebida e dissipada) em um recep­
tor elétrico.
B
a
n
c
o
 d
e
 i
m
a
g
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A
B
i
i
M
Baseando­se nestas informações, pode­se afirmar:
a) A potência dissipada por Efeito Joule no interior 
do motor é 10,4 W.
b) A potência total desenvolvida no motor é 80 W.
c) A potência total desenvolvida no motor e a po­
tência mecânica de rotação do motor são, res­
pectivamente, 90 W e 79,2 W.
d) A potência mecânica de rotação do motor é 78 W.
e) A potência total desenvolvida no motor e a po­
tência dissipada por Efeito Joule no interior do 
motor são, respectivamente, 80 W e 10,6 W.
 52. Dona Thereza foi preparar um 
suco de frutas para seu neti­
nho. Colocou uma quantidade 
exagerada de frutas no liquidi­
ficador e ainda acrescentou 
alguns cubos de gelo:
Ao ligar o liquidificador, as pás 
giratórias ficaram bloqueadas. 
R
e
p
ro
d
u
ç
ã
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E
P
B
Exercícios Nível 2
 54. (UFJF­MG) Uma bateria de automóvel tem uma 
força eletromotriz e 5 12 V e resistência interna 
r desconhecida. Essa bateria é necessária para 
permitir o funcionamento de vários componen­
tes elétricos embarcados no automóvel. Na fi­
gura abaixo, é mostrado o gráfico da potência 
útil P em função da corrente i para essa bateria, 
quando ligada a um circuito elétrico externo:
R
e
p
rod
u
ç
ã
o
/U
FJ
F
E.R.
a) Determine a corrente de curto­circuito 
da bateria e a corrente na condição de 
potência útil máxima. Justifique sua res­
posta.
b) Calcule a resistência interna r da bateria.
c) Calcule a resistência R do circuito externo 
nas condições de potência máxima.
d) Sabendo que a eficiência h de uma bate­
ria é a razão entre a diferença de poten­
cial V fornecida pela bateria ao circuito e 
a sua força eletromotriz e, calcule a efi­
ciência da bateria nas condições de po­
tência máxima.
e) Faça um gráfico que representa a curva 
característica da bateria. Justifique sua 
resposta.
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