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CURSO DE ENGENHARIA ELÉTRICA– MODALIDADE EAD 1ª AVALIAÇÃO PRESENCIAL– 5ª ETAPA IDENTIFICAÇÃO PESSOAL Data: ___/___/___ Nome:_______________________________________________________RA: _____________ Preceptor:________________________________ Núcleo: ______________________________ ORIENTAÇÕES E INFORMAÇÕES PARA REALIZAÇÃO DA ATIVIDADE Atenção! Esta atividade deve ser realizada individualmente. Caro (a) Aluno (a): Essa é sua Primeira Avaliação Presencial da Etapa 5. Os conteúdos aqui avaliados referem-se aos Componentes Curriculares da Etapa 5 abaixo relacionados: FENÔMENOS FÍSICOS E QUÍMICOS E SUAS APLICAÇÕES MÉTODOS, FERRAMENTAS COMPUTACIONAIS E TECNOLÓGICOS ELETRICIDADE APLICADA E EQUIPAMENTOS ELETRÔNICOS SISTEMAS, INSTALAÇÕES E EQUIPAMENTOS ELETRÔNICOS E DE COMUNICAÇÃO Preencher os dados de identificação, de forma legível; A avaliação é individual e sem consulta ao material bibliográfico; É necessário resolver as questões, não basta apenas colocar o valor da resposta; As questões poderão ser desenvolvidas a lápis, contudo, a resposta final deverá estar à caneta e de forma legível; Entrar em contato com o supervisor de prova, caso tenha alguma dúvida em relação a esta atividade; Duração:5 horas. COMPONENTES Pontos distribuídos: Pontos alcançados: FENÔMENOS FÍSICOS E QUÍMICOS E SUAS APLICAÇÕES 100,0 MÉTODOS, FERRAMENTAS COMPUTACIONAIS E TECNOLÓGICOS 100,0 ELETRICIDADE APLICADA E EQUIPAMENTOS ELETRÔNICOS 100,0 SISTEMAS, INSTALAÇÕES E EQUIPAMENTOS ELETRÔNICOS E DE COMUNICAÇÃO 100,0 COMPONENTE CURRICULAR: FENÔMENOS FÍSICOS E QUÍMICOS E SUAS APLICAÇÕES VALOR: 100,0 PONTOS 1) A figura a seguir representa o ciclo de Carnot, para um gás ideal.(20 pontos) Nessas condições, é correto afirmar: a) ( ) Na compressão adiabática, a energia interna do gás diminui. b) ( ) Na expansão isotérmica, o gás recebe calor de uma das fontes. c) ( ) Na expansão adiabática, a temperatura do gás diminui. d) ( ) Na compressão isotérmica, a energia interna do gás diminui. e) ( ) Na transformação cíclica, o gás atinge o equilíbrio térmico com a fonte quente, antes de reiniciar novo ciclo. RESPOSTA F V V F V 2) O Professor de física mora à beira de um precipício de 100 m de desnível. Ele resolveu, então, tirar vantagem de tal desnível para tomar água gelada. Para tal, enrolou uma corda na polia do compressor de um pequeno refrigerador, passou-a por uma roldana, amarrou, na outra extremidade da corda, uma pedra de massa 10 kg e jogou-a precipício abaixo, conforme representado na figura, a seguir. .(30 pontos) Com esse experimento, o professor de física consegue resfriar 50 g de água, que estava inicialmente a 25°C, para 5°C. Suponha-se que - todo o trabalho realizado pelo peso da pedra na queda é convertido em trabalho no compressor; - a eficiência do refrigerador é de 40%; - o calor específico da água é 1 cal/g°C; - o valor da aceleração da gravidade no local é 10 m/s2; - todas as forças resistivas são desprezíveis. As informações e expressões necessárias para os cálculos envolvidos são as seguintes: - trabalho realizado pela força gravitacional sobre um corpo de massa m: m g h , em que g é a aceleração da gravidade e h variação de altura que o corpo sofre; - quantidade de calor recebida ou cedida por um corpo de massa ( ) ( ): c cm Q m c em que c é seu calor específico e ∆θ é a variação de temperatura sofrida pelo corpo; - eficiência de um refrigerador: /e Q Com base no exposto, atenda às solicitações a seguir. a) Calcule o trabalho realizado pelo peso da pedra. b) Calcule a quantidade de calor cedida pelos 50g de água durante a queda da pedra. c) Calcule o equivalente mecânico do calor que se pode obter a partir dos resultados desse experimento. RESPOSTA a) O trabalho realizado pelo peso da pedra é m g h = 10 . 10 . 100 = 10000 J b) A quantidade de calor cedida pela água é ( )aQ m c = 50 . 1 . ( 5 - 25 ) = -1000 cal c) Como a eficiência é a relação /e Q , temos que Q e (onde Q e devem ser expressos numa mesma unidade de energia). Para transformar Q(cal) em Q(J), devemos fazer ( ) ( ) J cal qQ Q x E , onde qE é o equivalente mecânico do calor. Desta forma teremos Q(cal) × Eq = e • (J) Logo, Eq = e • (J)/ Q(cal) Eq = 0,4 . 10.000 J/1.000 cal; logo, Eq = 4 J/cal Resultados válidos 1.000 cal = 0,4 . 10.000 J ; logo, 1 cal = 4 J 3) Fernando foi passar o carnaval numa cidade praiana e notou que, quando ia esquentar água para cozinhar, esta entrava em ebulição à temperatura de 100°C. Nas férias de julho, Fernando e mais alguns amigos foi acampar no Parque Estadual da Serra do Ibitipoca, que fica a uma altitude próxima de 1700 m. Lá, notou que a água entrava em ebulição a uma temperatura menor que 100°C e comentou o fato com seus amigos. Agora explique você, baseado na Física, porque isto ocorre? .(25 pontos) RESPOSTA Com uma menor pressão atmosférica sobre a água, a 1700m de altitude, em relação à pressão ao nível do mar, é necessária uma quantidade menor de energia para ebulir a água. 4) Você vai acampar por três dias e leva bujõezinhos de gás de 2 kg; o calor de combustão do GLP (gás liqüefeito de petróleo) é 600 cal/g. Suponha que não haja perdas. Você utilizará o gás para aquecer 10 L de água, desde 16 °C até 100 °C, por dia. O número de bujões necessários será:(25 pontos) Dados: densidade da água = 1 kg/L a) ( ) 2 b) ( ) 1 c) ( ) 5 d) ( ) 4 e) ( ) 3 RESPOSTA Resposta: letra “E” COMPONENTE CURRICULAR: MÉTODOS, FERRAMENTAS COMPUTACIONAIS E TECNOLÓGICOS VALOR: 100,0 PONTOS 1) Considere o número complexo: 3 sen 3 cos iz (20 pontos) a) Represente -o na forma algébrica. b) Represente na forma trigonométrica o complexo (z + 1) RESPOSTA a) 2 3 2 1 i b) 6 sen 3 cos3 i 2) Julgue os itens abaixo. Quais deles são verdadeiros? Demonstre. (20 pontos) a) Para o número complexo z = 2 + i, tem-se izzz 37843 23 . b) O número complexo 121 1 i é igual a i 2 1 . c) Se x e y são números reais tais que iyixiyx 57523 então x + y =1 RESPOSTA Resposta são verdadeiros os itens a e c. 3) Sejam os números complexos iyxz )2(521 e iz 342 . Determine x e y para que 21 zz .(20 pontos) RESPOSTA iz 342 3452 xx 132 yy4) Resolva as equações diferenciais utilizando transformadas de laplace: (20 pontos) a) 2 2 64 0 0 2, 0 0 d x dx x x dt dt b) 2 2 64 0 0 2, 0 2 d x dx x x dt dt RESPOSTA a) 2 2 64 0 0 2, 0 0 d x dx x x dt dt Aplicando a transformada de Laplace, temos: L d x dt L x 2 2 64 0 s x s sx dx dt x s2 0 0 64 0 s x s s x s2 2 0 64 0 s x s2 64 2 2 2 64 s x s s b) 2 2 64 0 0 2, 0 2 d x dx x x dt dt Aplicando a transformada de Laplace, temos: L d x dt L x 2 2 64 0 s x s sx dx dt x s2 0 0 64 0 s x s s x s2 2 2 64 0 s x s s2 64 2 2 2 2 2 64 s x s s 5) Expandir em frações parciais as seguintes transformadas de Laplace:(20 pontos) a) 2 12 2 9 s G s s s b) 1 2 3 4 s s G s s s s RESPOSTA a) 2 12 2 9 s G s s s G s s s s i s i 12 2 3 3 G s A s B s i C s i 3 3 A s s s ss lim 0 2 12 2 9 A 8 3 B s i s s s i s is i lim 3 3 12 2 3 3 B s s s is i lim 3 12 2 3 B i i i i 12 2 3 3 3 3 B i 2 3 2 3 C s i s s s i s is i lim 3 3 12 2 3 3 C s s s is i lim 3 12 2 3 C i i i i 12 2 3 3 3 3 C i 2 3 2 3 G s s i s i i s i 8 3 2 2 3 3 3 2 2 3 3 3 b) 1 2 3 4 s s G s s s s G s A s B s C s 2 3 4 A s s s s s ss lim 2 2 1 2 3 4 A s s s ss lim 2 1 3 4 A = 1 B s s s s s ss lim 3 3 1 2 3 4 B s s s ss lim 3 1 2 4 B = -6 C s s s s s ss lim 4 4 1 2 3 4 C s s s ss lim 4 1 2 3 C = 6 G s s s s 1 2 6 3 6 4 COMPONENTE CURRICULAR: ELETRICIDADE APLICADA E EQUIPAMENTOS ELETRÔNICOS VALOR: 100,0 PONTOS 1) Uma carga equilibrada trifásica ligada em ∆ possui em cada fase, um resistor de 12 em série com um indutor de indutância de 40 mH. Essa carga é alimentada por uma fonte trifásica com tensão de linha 440 V, 60 Hz. Determine: (25 pontos) a) O módulo da impedância de fase da carga b) O módulo da tensão de linha c) O módulo da tensão de fase da carga d) O módulo da corrente de fase na carga e) O módulo da corrente de linha RESPOSTA 3 ) 2. .60.40.10 15,08 L L a impedância por fase X X 0 12 15,08 19,27 51,49 F F Z j Z ) 440L b módulo da tensão de linha V V ) 440 F L F c tensão de fase V V V V 0 0 0 ) 440 0 19,27 51,49 22,83 51,49 22,83 ab ab F d corrente de fase I I A módulo da corrente de fase I A ) 3 .22,83 39,55 L L e módulo da corrente de linha I I A 2) Uma carga equilibrada trifásica ligada em Y possui em cada fase, um resistor de 2,7 em série com um capacitor de capacitância de 980 µF. Essa carga é alimentada por uma fonte trifásica com tensão de linha 382 V, 60 Hz. Determine: (25 pontos) a) O módulo da impedância de fase da carga b) O módulo da tensão de fase na carga c) O módulo da tensão de linha da carga d) O módulo da corrente de fase na carga e) O módulo da corrente de linha da carga RESPOSTA 0 2,7 2,71 3,83 45,11 F F Z j Z ) 382L b módulo da tensão de linha V V 0 0 0 ) 220,55 0 3,83 45,11 57,58 45,11 57,58 an an F d corrente de fase I I A módulo da corrente de fase I A ) 57,58 L F L e móduloda corrente de linha I I I A 6 ) 1 2. .60.980.10 2,71 C C a impedância por fase X X ) 382 3 220,55 F F c tensão de fase V V V 3) Três cargas puntiformes se encontram no espaço nos pontos: Q1= 3,4 µC, em (-2, 5, 4), Q2 = 5,2µC em (3, 2, -1) e Q3 = -6,4µC em (3, -1, -2). Determine o valor força resultante sobre a carga Q1. Considere o meio com ε= 2,1. (25 pontos) RESPOSTA 12 11 2,1 8,85.10 1,859.10 r r F M 1,2 1,2 (-2,5,4) - (3,2,-1) (-5,3,5) V V 1,3 1,3 (-2,5,4)- (3,-1,-2) (5,6,6) V V 6 6 1,2 11 2 2 2 2 2 2 2 1 3,4.10 .5,2.10 -5 3 5 4. .1,859.10 -5 3 5-5 3 5 ax ay az F 9 13 1,2 1,2 1,2 4,28.10 3.10 (-0,65 0,39 0,65 ) 412,84.10 * (-0,65 0,39 0,65 ) 4 4 48,35.10 5,01.10 8,35.10 N F ax ay az F ax ay az F ax ay az 6 6 1,3 11 2 2 2 2 2 2 2 1 3,4.10 .-6,4.10 5 6 6 4. .1,859.10 5 6 65 6 6 ax ay az F 9 13 1,3 -4 1,3 1,3 4,28.10 -2,24.10 (0,51 0,61 0,61 ) -9,59.10 * (0,51 0,61 0,61 ) 4 4 4-4,89.10 -5,85.10 -5,85.10 N F ax ay az F ax ay az F ax ay az 1 1,2 1,3 1 4 3 313,24.10 -0,84.10 2,5.10 N rq rq F F F F ax ay az 4) Calcule a carga total contida em uma esfera de 5,8µM de raio, localizado no campo vetorial abaixo: (25 pontos) 3 3 2 3 2 2 2 3.cos( ) 5.cos( ) 8. ( ) , 3( 5,7,8) ( ) cos( ) C M x y yz sen x y z D P xy sen xy z xyz RESPOSTA 3 3 2 3 2 2 2 2 2 2 2 2 2 3 2 9 (( 5) .(7)).( 5) .(7) 3cos(( 5) .(7)).7 ( 5) .(7) 5 ((7).(8 )).(8) . (( 5).(7) .(8)) 5cos((7).(8) ).cos(( 5)(7) (8)).2.(8).(5).(7) ( (( 5).(7) .(8))) 8cos(( 5) .(7) .(8)) Dx sen x Dy sen sen y sen Dz z 3 2 2 3 2 2 2 2 3 3 3 6 3 12 .( 5) .(7) .cos(( 5).(7).(8) ) 8 (( 5) .(7) .(8)) (( 5).(7).(8) ).2.(8).( 5).(7) (cos(( 5).(7).( 8) )) 48,8.10 4 48,8.10 .3,1416.(5,8.10 ) 3 39,88.10 sen sen CD M Q Q C COMPONENTE CURRICULAR: SISTEMAS, INSTALAÇÕES E EQUIPAMENTOS ELETRÔNICOS E DE COMUNICAÇÃO VALOR: 100,0 PONTOS 1) Com base nas polarizações do diodo, explique a frase: “Um diodo é uma chave não controlada.”(20 pontos) RESPOSTA A visão do diodo como uma chave se deve ao fato de que o diodo, dependendo de sua polarização, irá permitir ou não a passagem de corrente elétrica. No entanto, não é possível controlar no diodo o momento em que ele irá conduzir, ou seja, basta que o diodo esteja diretamente polarizado para que, idealmente, ele opere como um curto circuito. Do contrário, uma vez polarizado reversamente, o componente funcionará como um circuito aberto. 2) Dado o circuito a seguir, determine a faixa de valores que RL poderá assumir tal que o diodo zener esteja ligado e operando dentro de seus limites. (20 pontos) RESPOSTA Para determinar Vimin, considere que a tensão sobre (0,8k//0,2k) é exatamente VZ, ou seja: min min min 0,8 / /0,2 160 9 21,38 0,8 / /0,2 220 160 220 Z i i i k k V V V V V k k Para determinar Vimax, considere que pelo resistor de 220 irá passar a corrente IZM+I1+IL, ou seja: max 1 max 500 9 9 220 9 33,6 220 9 0,8 200 i Z ZM L i V V m I I I V V k 3) Um transformador é alimentado no primário por uma fonte ca de 127Vrms e em seu secundário está ligado um retificador de onda completa em ponte com uma carga resistiva. Sabendo que a tensão no secundário é de 12Vrms, determine o valor da tensão média na carga. Observação: Utilizar o circuito equivalente simplificado do diodo. (20 pontos) RESPOSTA Como se trata de um retificador de onda completa, tem-se que: 20,636 2 0,7 0,636 12 2 2 0,7 9,9avgoV Vm V 4) Com base nos dados a seguir, determine a corrente em um diodo: (20 pontos) 10 ; 2 ; 25º ; 0,65S DI A T C V V RESPOSTA Para o cálculo da corrente no diodo será utilizada a seguinte equação: 11600 0,65 2 9 273º 25º1 10 10 1 3,12 D K k V T D SI I e e mA 5) Explique qual a diferença entre as resistências dinâmica e média apresentadas por um diodo. (20 pontos) RESPOSTA As resistências dinâmica e média são apresentadas por um diodo sempre que for aplicado ao componente uma tensão alternada. O que difere uma resistência da outra é a amplitude da tensão aplicada. Para amplitudes menores, o ponto de operação (ponto Q) do diodo irá se deslocar pouco sobre a curva característica do componente, permitindo que uma reta tangente seja traçada no ponto de operação. Nesta situação, a resistência apresentada pelo diodo é chamada de dinâmica. Já para amplitudes maiores, o ponto de operação irá se deslocar mais sobre a curva característica, chegando a passar pelo “joelho” da curva. Assim, não será possível traçar uma reta tangente pelo ponto de operação e a resistência apresentada pelo diodo é chamada de média. Vista de prova: ___________________________________________ Data ____/_____/_____ assinatura do aluno
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