UFLA-Conceitos B-circuitos1

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1 UM MODELO PARA CIRCUITOS PARTE 1: CORRENTE E RESISTÊNCIA 1
Tutorial de Física
1 Um Modelo para Circuitos Parte 1: Corrente e Resistência
Neste tutorial, construiremos um modelo para corrente elétrica que podemos usar para prever e
explicar o comportamento de circuitos elétricos simples.
1.1 Circuitos completos
A. Obtenha uma bateria, uma lâmpada e um pedaço de fio. Conecte-os de várias maneiras
diferentes. Represente abaixo cada um dos arranjos que você construiu.
Arranjos que fazem a luz brilhar Arranjos que nao fazem a luz brilhar
Você poderia encontrar pelo menos quatro arranjos diferentes em que a lâmpada brilha. Em que
esses arranjos são semelhantes? Em que eles diferem daqueles em que a lâmpada não brilha?
Estabeleça uma exigência que deve ser satisfeita para que a lâmpada brilhe.
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B. Um estudante conectou rapidamente um fio aos ter-
minais de uma bateria até que o fio se aquecesse. O
estudante verificou que o fio estava igualmente quente
nos pontos 1, 2 e 3.
Baseado nesta observação, o que você pode concluir que
está acontecendo no fio em um dos pontos comparado
com os outros?
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C. Faça uma lâmpada acender usando uma bateria e um único fio. Observe e anote o com-
portamento (isto é, a luminosidade) da lâmpada quando objetos feitos de vários materiais
são inseridos no circuito. (Tente materiais tais como papel, moedas, ponta de caneta, bor-
racha, seu dedo, etc.)
Quais são as semelhanças entre os objetos que fazem com que a lâmpada acenda?
D. Cuidadosamente examine a lâmpada. Dois fios se
extendem do filamento no bulbo até a base. Você
provavelmente não pode ver dentro da base, entre-
tanto, você poderia ser capaz de fazer uma boa su-
posição sobre onde os fios estão ligados. Descreva essa
suposição. Explique, baseado nas suas afirmações nas
partes A-C.
Com base nas observações que você fez, faremos as seguintes suposições:
1. Existe um fluxo em um circuito completo que vai de um terminal da bateria, através de
todo o circuito, até o outro terminal da bateria, através da bateria e de volta ao circuito.
Podemos chamar esse fluxo de corrente elétrica.
2. Para lâmpadas idênticas, a luminosidade pode ser usada como um indicador da quantidade
de corrente através da lâmpada: mais brilho na lâmpada, maior é a corrente.
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Começando com essas suposições, desenvolveremos um modelo que pode ser usado para
entender o comportamento de circuitos simples. A construção de um modelo científico é um
processo que se dá passo-a-passo, no qual especificamos somente um número mínimo de atrib-
utos os quais são necessários para entender o fenômeno em consideração.
1.2 Lâmpadas em série
Monte um circuito com duas lâmpadas idênticas conec-
tadas uma após a outra, como mostrado na figura.
Quando as lâmpadas estão conectadas dessa forma é dito
que elas estão em série.
A. Compare o brilho das duas lâmpadas uma com a
outra. (Preste atenção apenas em grandes diferenças
de brilho. Pequenas diferenças podem ser observadas
mesmo para lâmpadas idênticas.)
~
~
Use as suposições que foram feitas para a construção do nosso modelo para a corrente elétrica
para responder as seguintes questões:
1. A corrente é maior na primeira lâmpada ou é a mesma em ambas?
2. Você acha que trocar a ordem das lâmpadas pode fazer diferença? Verifique sua resposta.
3. Com base somente na sua observação, você pode afirmar alguma coisa sobre a direção do
fluxo através do circuito?
B. Compare o brilho de cada uma das lâmpadas no circuito em série com duas, com o
brilho para um circuito em série com apenas uma lâmpada.
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Use as suposições que foram feitas para a construção do nosso modelo para a corrente elétrica
para responder as seguintes questões:
1. Como a corrente através de uma lâmpada em um circuito em série com apenas uma, se
compara com a corrente através da mesma lâmpada quando ela está conectada em série
com uma segunda lâmpada?
2. De que maneira a sua resposta à questão 1 está relacionada com a corrente através da
bateria nos dois tipos de circuito? Explique.
C. Você pode pensar na lâmpada como um obstáculo, ou resitência, a corrente no circuito.
1. Pensando na lâmpada desse modo, poderia a adição de mais lâmpadas em série ao circuito
bloquear completamente o fluxo ou causar uma resitência total, diminuir ou permanecer
a mesma de antes?
2. Formule uma regra para prever como a corrente através da bateria poderia mudar (isto é,
se ela aumenta, diminui ou permanece a mesma) se o número de lâmpadas conectadas em
série fosse aumentado ou diminuído.
1.3 Lâmpadas em paralelo
Monte um circuito com duas lâmpadas idênticas conec-
tadas da forma mostrada na figura. Quando as lâmpadas
estão conectadas dessa forma é dito que elas estão em
paralelo.
A. Compare o brilho das lâmpadas nesse circuito.
~ ~
1. O que você pode concluir sobre as suas observações acerca da quantidade de corrente
através de cada lâmpada?
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2. Descreva a corrente no circuito inteiro. Tome como base as suas observações. Como a
corrente através da bateria se divide e se recombina nas junções dos raos paralelos?
B. O brilho de cada lâmpada no circuito com as duas lâmpadas em paralelo é maior, menor
ou igual ao brilho para a lâmpada no circuito com apenas uma?
Como a quantidade de corrente através da bateria no circuito com uma lâmpada se compara com
a corrente através da bateria em circuito para duas lâmpadas em paralelo? Explique baseado em
suas observações.
C. Formule uma regra para prever como a corrente através da bateria mudaria (isto é,
se ela aumenta, diminui ou parmanece a mesma) se o número de lâmpadas conectadas
em paralelo aumentasse ou diminuisse. Responda baseado nas observações do comporta-
mento do circuito com duas lâmpadas em paralelo e no modelo de corrente.
O que você pode inferir sobre a resistência total de um circuito quando o número de raos par-
alelos é aumentado ou diminuído?
D. A quantidade de corrente através da bateria depende do número de lâmpadas no cir-
cuito e da forma como elas estão conectadas?
E. Desconecte uma das lâmpadas no circuito com duas lâmpadas em paralelo. Essa mu-
dança afeta significantemente a corrente através do ramo que contém a outra lâmpada?
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Uma caractarística de uma bateria ideal é que os ramos conectados diretamente através dela
são independentes uns dos outros.
1.4 Limitações: a necessidade de se ampliar o modelo
A. O circuito à direita contém três lâmpadas idênticas.
Asuma que a resitência na chave quando fechada é de-
sprezível. Use o modelo desenvolvido anteriormente
para:
~
~ ~B
A
C
chave
1. Faça uma previsão sobre o brilho relativo das lâmpadas no circuito com a chave fechada.
Explique.
2. Faça uma previsão de como o brilho da lâmpada A muda quando a chave está aberta.
Explique.
B. Mostre que uma aplicação do modelo construído até aqui para a corrente é inadequado
para prever como o brilho na lâmpada B muda quando a chave está aberta.