Lista 4 de Exercícios Condutividade e Circuitos Resistivos 2o BIM CB UP 2017 ALUNO

Prévia do material em texto

Universidade Positivo – Física G. E. B – 2017 
Lista de Exercícios: Capacitância/Condutividade/Circuitos Resistivos – 2o Bimestre 
Professores: Carlos Mainardes, Daniel Tedesco, Dinis Gomes Traghetta; Paulo 
Galúzio; Victor Benitez; Rogério Toniolo e Rodrigo Braz. 
 
CAPACITÂNCIA 
 
1) Você é um engenheiro de materiais e seu grupo fabricou um novo dielétrico 
excepcionalmente grande igual a 24 e uma rigidez dielétrica de . Suponha 
que você queira usar este material para construir um capacitor de placas paralelas de 
0,10F que pode suportar uma diferença de potencial de 2,0kV. Resolva: a) Qual é a 
mínima separação entre as placas necessária para isso? b) Qual é a área de cada placa 
nesta separação? 
50 m / 235 cm2 
2) Considere dois capacitores esféricos, A e B, cujas capacitâncias são CA = 4,0 pF e 
CB = 2,0 pF. Os dois capacitores são ligados entre si por um fio condutor, ficando desta 
forma sob o mesmo potencial, V. A carga total do sistema assim formado é de 30 pC. 
Qual a carga em cada capacitor (esfera)? 
10,0 pC / 20,0 pC 
 
 
3) Um capacitor de placas planas paralelas de área A e distância d entre as placas, tem 
como dielétrico o ar, ocupando 3/4 de d e um polímero de constante k, ocupando 1/4 de 
d. Determine a capacitância deste capacitor assim constituído, considerando kar = 1,0. 
)13(
4



kd
Ak
C oS
 
4) Um capacitor de placas paralelas cujo dielétrico é o ar tem uma capacitância de 50pF. 
Resolva: a) Se a área das placas é 0,35m2, qual é a distância entre as placas? b) se a 
região entre as placas é preenchida com um material com  = 5,6, qual é a nova 
capacitância? 
6,2 cm / 280 pF 
 
CONDUTIVIDADE/CIRCUITOS RESISTIVOS 
 
1) Durante 4,0 minutos que uma corrente de 5,0 A atravessa um fio, a) quantos coulombs 
e b) quantos elétrons passam por uma seção reta do fio? 
1,2 kC / 7,5  1021 elétrons 
 
2) Considere que a velocidade de deriva dos elétrons (velocidade de migração dos 
elétrons) num fio condutor dada por: 
Aen
i
v
d


 
 
Onde é a corrente, é o número de portadores por unidade de volume, é o valor da 
carga elementar do próton/elétron e é a área de seção reta. Resolva: a) Qual a 
velocidade de migração e b) qual o tempo que os elétrons levam para ir da bateria de um 
carro para o motor de arranque? Suponha que a corrente é de 300A e que o fio de cobre 
que liga a bateria tem 0,85m de comprimento e uma área de seção reta de . O 
número de portadores de cargas por unidade de volume é . 
1,05  10-3 m/s / 13 min 
3) O fusível de um circuito elétrico é um fio projetado para fundir, abrindo o circuito, se a 
corrente ultrapassar um certo valor. Suponha que o material a ser usado em um fusível 
funde quando a densidade de corrente ultrapassa 440A/cm². Que diâmetro de fio 
cilíndrico deve ser usado para fazer um fusível que limite a corrente a 0,5A? Considere J 
(densidade de corrente) = I/Área. 
3,8  10-4 m 
 
4) Uma diferença de potencial de 120 V é aplicada a um aquecedor de ambiente cuja 
resistência de operação é 14 . Resolva: a) Qual é a taxa de conversão de energia 
elétrica em energia térmica? b) Qual é o custo de 5,0 h de uso do aquecedor se o preço 
da eletricidade é R$ 0,05/kW.h? 
1,0 kW / R$ 0,25 
 
5) Quando dois resistores são ligados em série, a resistência equivalente é . Quando 
são ligados em paralelo, a resistência equivalente é Determine: a) a menor e b) a 
maior resistência dos resistores. 
4,0  / 12,0  
 
6) Uma bobina é formada enrolando-se 250 voltas de um fio de cobre no 16 
(diâmetro = 1,3 mm) em uma única camada sobre uma fôrma cilíndrica de 12cm de raio. 
Qual a resistência da bobina? Despreze a espessura do isolamento, considere  = 1,69 
108m, para o cobre. 
2,4  
 
7) Pretende-se obter uma resistência total de 3,00 ligando uma resistência de valor 
desconhecido a uma resistência de 12,0. Resolva: a) Qual deve ser o valor da 
resistência desconhecida? b) As duas resistências devem ser ligadas em série ou em 
paralelo? 
4,0  / Resposta com o monitor 
 
 
8) Considere o circuito puramente resistivo a seguir, redutível a um resistor equivalente, 
onde: V = 110V, R1 = 3,00, R2 = 3,00, R3 = 7,00, R4 = 5,00, R5 = 10,0, R6 = 
10,0, R7 = 30,0, R8 = 10,0, R9 = 9,00, R10 = 6,00, R11 = 4,00, R12 = 2,00. 
Resolva: a) calcule a resistência equivalente, Req. do circuito; b) calcule a corrente e a 
ddp em cada resistor. 
Req. = 11,0 
 
I1 = 10,0A; I2 = I3 = 6,00A; I4 = I5 = 1,33A; I6 = 2,00A; I7 = 0,670A; I8 = 2,40A; I9 = I10 = 
1,60A; I11 = 4A; I12 = 10,0A 
 
V1 = 30,0V; V2 = 18,0V; V3 = 42,0V; V4 = 6,65V; V5 = 13,3V; V6 = V7 = 20,0V; V11 = 16,0V; 
V12 = 20,0V. 
 
I
R11
R12
R9
R10
R1
R8
R7
R6
R5R4
R2
R3
V
+
-
 
9) Para o circuito da figura, determine o valor de R e as correntes em todos os resistores, 
sabendo que a corrente máxima do circuito (IC) é igual a 10A. 
30,0  / I (R = 10) = 7,5A e I (R = 30) = 2,5A 
+
-
120 V
10
4,5 
R
 
10) Uma lâmpada de 4,0W e 2,5V é ligada a uma bateria de 9,0V através de uma 
resistência em série. Resolva: a) Qual deve ser o valor da resistência em série? b) Qual a 
potência dissipada pelo resistor? c) Qual a potência mínima que a bateria deve ser capaz 
de fornecer ao circuito? 
4,1  / 10 W / 14W