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Segundo a Fís ica Quântica, a matéria é interpretada como sendo consti tuída por ÁTOMOS que, agrupados, formam to das as co i sas que co nhecemo s . Os áto mos são formado s po r duas regiõ es: um NÚCLEO o nde estão co nf inado s os prótons, nêutro ns e o utras part ícu las menores por meio de forças nucleares e a ELETROSFERA o nde movimentam- se o s elétro ns: Para termo s uma idéia das dimensõ es relat ivas dessas duas regiõ es, se pudéssemos aumentar o átomo de hidrogênio – o menor de todos, com apenas 1 próto n e 1 elétron – de ta l forma que seu núcleo a l cançasse o tamanho de uma azeito na, o raio da eletrosfera seria do tamanho de um estádio de futebol. Convencio nou- se chamar a carga e létr ica dos PRÓTONS de POSITIVA e a do s ELÉTRONS de NEGATIVA . O s nêutro ns não po ssuem carga l íquida. Normalmente cada áto mo é e l etr i camente neutro, ou seja, tem quantidades i guais de carga negativa e posi t iva. Os próto ns do núcleo e os elétrons das órbitas se atraem entre s i . A esta força de atração recíproca chamamos de FORÇA ELÉTRICA . O s e létrons, entretanto, repelem outros elétrons e os prótons repelem o utros próto ns. Diz emo s , por i sto, que as part ículas com carga de mesmo s inal se repelem: A massa do pró ton ( o u do nêutro n) é também muito diferente da massa do elétron. Se fosse poss ível compará- los numa balança obteríamo s a seguinte relação : CARGA ELÉTRICA E létro ns e próto ns não se parecem com bo l inhas. Nós o s representamo s assim apenas po r ser mais s imples. O s e l étro ns, po r exemplo, se parecem mais com nuvens, estão espa lhados em regiões chamadas ORBITAIS . E part ículas com carga de s inais opo sto s se atraem: COLÉGIO ESTADUAL VICENTE RIJO - FÍSICA – 3ª SÉRIE – ENSINO MÉDIO - PROF. PAULO ANGÉLICO - 2 - Próto ns e nêutro ns estão fortemente l igado s ao núcleo do s átomo s . Já os elétrons po dem ser fac i lmente transferido s de um co rpo para outro por um processo chamado ELETRIZAÇÃO . Para i sso, é necessário faz er com que o número de elétrons se torne diferente do número de próto ns. Em um s i s tema i so lado a quantidade de carga elétr ica permanece constante. Mesmo ocorrendo um fenômeno qualquer, po r exemplo uma reação química ou nuclear, a quantidade de carga e létr ica é a mesma antes e apó s o fenômeno: O s ímbo lo ( S igma) é o S grego e s i gnif ica SO MA. Se o número de elétro ns for maio r que o número de pró tons, o co rpo estará e letr izado negat ivamente; se o número de e l étrons fo r menor que o de próto ns, ele estará eletr iz ado po s i t i vamente. A menor carga enco ntrada l ivre na Natureza é chamada de CARGA ELEMENTAR . No S i stema Internacio nal de Unidades ( SI) seu valo r é dado po r : Note como a carga elementar é pequena: Em função da carga e lementar, as cargas de e létro ns e pró tons são expressa po r : A carga e létr ica total de um corpo é sempre um número inteiro de vez es o valo r da carga elementar: CONSERVAÇÃO DA CARGA ELÉTRICA QUANTIZAÇÃO DA CARGA ELÉTRICA QUANTIDADE DE CARGA ELÉTRICA COLÉGIO ESTADUAL VICENTE RIJO - FÍSICA – 3ª SÉRIE – ENSINO MÉDIO - PROF. PAULO ANGÉLICO - 3 - Como a unidade COULOMB revelou- se muito grande, é comum a util i zação de seus submúlt iplo s : A T eoria Relat iv íst ica do E létro n, propo sta por Paul Dirac previu ( e fo i comprovado em 1932 ) que toda part ícula tem sua ant ipart ícu la, de mesma massa , mas com carga e létr ica e outras propir iedades opostas . Partícula Antipart ícula elétron ( - ) pósitron ( +) pró ton ( +) antipró ton ( - ) nêutro n ( neutro) antineutro n ( neutro) Matéria e Antimatéria se aniqui lam pro duzindo luz. 01) ) Sobre os núcleo s atômicos e seus co nst itu intes, são feitas quatro af irmativas. I. . Os núcleo s atômico s são constituídos por pró tons, nêutro ns e e l étro ns. II. . O pró ton é uma part ícu la idêntica ao e létro n, porém de carga posit iva. III. I . Nos núcleo s atômico s está co ncentrada a quase total idade da massa do átomo. IV. As forças nucleares são as respo nsáveis por manter unidas as part ículas que compõ em o s núcleos atômico s . Quais af irmat ivas estão co rretas? O número inteiro n correspo nde à diferença entre o número de próto ns e e l étrons do corpo co nsiderado: (A) ) apenas I I (B) ) apenas I e I I I ( C) apenas I I I e IV ( D) apenas I , I I e IV ( E) I , I I , I I I e IV TESTES SUBMÚLTIPLOS DA UNIDADE DE CARGA MATÉRIA E ANTIMATÉRIA COLÉGIO ESTADUAL VICENTE RIJO - FÍSICA – 3ª SÉRIE – ENSINO MÉDIO - PROF. PAULO ANGÉLICO - 4 - 02) ) Campos eletr izados oco rrem natura lmente no nosso cotid iano. Um exemplo disso é o fato de algumas vez es l evarmos pequenos cho ques elétr ico s ao enco starmo s em automóveis. T ais choques são devido s ao fato de estarem os auto móveis e letr icamente carregados. So bre a naturez a do s corpos ( eletr izado s ou neutro s) , considere as af i rmat ivas a seguir: I. . Se um co rpo está e letr izado, então o número de cargas e létr icas negativas e po s i t i vas não é o mesmo. II. . Se um corpo tem cargas elétr icas, então está eletr iz ado. III. I . Um corpo neutro é aquele que não tem cargas elétr icas. Sobre as af irmativas acima, assinale a a l ternat iva correta. ( A) Apenas a af i rmativa I é verdadeira. ( B) Apenas a af irmativa I I é verdadeira. ( C) Apenas a af irmativa I I I é verdadeira. ( D) Apenas as af irmativas I e I I são verdadeiras. ( E) Apenas as af i rmativas I e I I I são verdadeiras. 03) ) A matéria, em seu estado normal, não manifesta pro priedades elétr icas. No atual estágio de conhecimentos da estrutura atômica, i sso no s permite co ncluir que a matéria: (A) ) é co nst itu ída somente de nêutro ns. (B) ) possui maior número de nêutro ns que de pró tons. ( C) possui quantidades i guais de próto ns e e l étrons. ( D) é co nst ituída somente de pró tons. ( E) é co nst ituída somente de elétrons. 04) ) Uma caixa de paredes f inas no vácuo, expo sta a raio s gama po de to rnar- se o palco de uma “ cr iação de par”, evento no qual um fóto n de alta energia termina sua ex istência com a c r iação de um e l étro n negativo e um e létro n po s i t i vo ( pósitron) com cargas iguais em mó dulo. Anal isando o fenô meno descrito, po de- se co ncluir que: ( A) o fóton po ssui carga elétr ica po s i t i va. ( B) o fóton po ssui carga elétr ica negativa. ( C) o fóton é uma part ícula neutra. (D) ) o princípio da co nservação da carga e létr ica não é satisfeito . (E) ) o fenômeno não po de ocorrer pois não ex istem elétrons po s i t ivo s . COLÉGIO ESTADUAL VICENTE RIJO - FÍSICA – 3ª SÉRIE – ENSINO MÉDIO - PROF. PAULO ANGÉLICO - 5 - 05) ) Considere as af irmaçõ es abaixo relacio nadas aos conceito s da e letro stát ica: I. . Cargas de mesmo s inal se repelem; cargas de s inais opo sto s se atraem. II. . A carga de um e létro n tem o mesmo mó dulo, mas s inal opo sto ao de um próton. III. I . A unidade de carga e létr ica, no Sistema Internacio nal de Unidades, é o Coulomb. IV. Próto ns e e létro ns po ssuem a mesma massa de repo uso. V. Um corpo carregadoposit ivamente tem excesso de e létro ns. Estão corretas apenas as a l ternativas: ( A) I , I I e I I I (B) ) I , I I I e IV (C) ) I , IV e V (D) ) I e I I (E) ) I I , I I I e V 06) ) Retiram- se 2 . 10 2 0 elétro ns de um corpo in i c ia l - mente neutro. Qual a carga adquir ida pelo corpo? ( A) + 0 , 32 C ( B) + 3 , 2 C ( C) + 32 C ( D) + 320 C ( E) – 320 C 07) ) Adic ionam- se 4 . 10 2 1 e l étrons a um corpo in i c i al- mente neutro . A carga to tal no corpo passa a ser igual a : ( A) + 64 C ( B) − 64 C ( C) + 640 C ( D) − 640 C ( E) + 6 , 4 C 08) ) Na e letro sfera de um átomo de magnésio temo s 12 e létro ns. Qual a carga e létr ica de sua eletrosfera? (A) ) - 12 C ( B) - 1 , 6 . 10 - 1 9 C ( C) - 19 , 2 C ( D) - 1 , 92 . 10 - 1 8 C ( E) - 1 , 92 . 10 2 0 C COLÉGIO ESTADUAL VICENTE RIJO - FÍSICA – 3ª SÉRIE – ENSINO MÉDIO - PROF. PAULO ANGÉLICO - 6 - Em alguns t ipos de átomos, especia lmente os que compõ em o s metais ta i s como ferro, ouro, co bre e prata, a últ ima órbita e letrô nica perde um e l étron com grande faci l idade. Estes e l étro ns l iv res se desgarram das últ imas órbitas eletrônicas e f i cam vagando de átomo para áto mo, sem direção def inida. O s átomos que perdem e létrons também os readquirem com fac i l idade dos áto mos v i z inhos, para vol- tar a perdê- lo s momento s depo i s . No inter ior do s metais os e létro ns l iv res vagueiam por entre a rede de átomo s , em todo s sentidos. Devido à fac i l idade de fornecer e létro ns l iv res, os METAIS são usados para fabricar o s f io s de aparelhos elétr ico s : eles são BONS CONDUTORES do f luxo de elétrons l i vres. A água pura ( H 2 O) e o sal de cozinha ( Na C l ) não são con- dutores quando separado s , mas quando misturado s ocorre a dissociação das mo léculas de água e sal, pro duzindo os íons Na+ , Cl - , H+ e OH - Os ío ns posit ivos são atraído s em direção ao eletro do negativo, enquanto que os íons negat ivos, para o eletrodo po s i t i vo. E ste mo v imento de ío ns l iv res torna a so lução co ndutora de eletr ic idade. EXPERIMENTO : Faça a montagem da f i gura e acrescente vagarosamente um pouco de sal no recipiente com água, misturando bem. O bserve o que acontece com o brilho da l âmpada. Se util iz ar uma lâmpada de 110 Volts ret ire a pi lha e l i gue o s f ios diretamente na tomada ( CUIDADO ! ! ) . Tro que o sal por açúcar e descreva suas observaçõ es. Ao estabelecermos um caminho de co nduto res entre um o bjeto carregado e a superf íc ie da T erra, estamos fazendo a sua l igação à terra Esta l i gação causa a neutra- l i zação do objeto. O f io verde de um chuveiro e o terceiro pino da tomada de um computador são exemplos de l i gação à terra. Um fato importante a ser l embrado é que a pele humana também é condutora de e l etr ic idade. Quanto mais úmida a pele, mais condutora e la é. É muito perigo so mudar a chave de um chuveiro l i gado. Os materiais que possuem pequena quant idade de portadores de carga elétr ica l iv res são maus condutores de eletr ic idade. São exemplos de maus condutores a borracha, água pura, madeira seca, plást ico entre o utros. E les não permitem a passag em do f luxo de e létrons ou deixam passar apenas um pequeno número deles. Seus áto mos têm grande dif i culdade em ceder ou receber os elétrons l i vres das últ imas camadas eletrônicas. São os chamado s materiais I SOLANTE S . O v idro é um mater ial i so l ante, mas gera lmente uma camada de vapor d’ água se forma na sua superf íc ie tornando - o conduto r . Materia is que podem se comportar a lg umas vezes como i solantes e a lgumas vezes como condutores são chamado s de SEMICONDUTORES. O germânio e o s i l í c io, quando puros, não são bo ns condutores nem bo ns i so lantes, mas tornam- se excelentes co ndutores quando apenas um átomo em 10 milhões é subst itu ído por uma impureza que adicio na o u ret ira e létro ns da rede. Os materia is comuns, mesmo os co ndutores, resistem ao f luxo de co rrente através deles. Entretanto, num SUPERCONDUTOR a resistência é nula . Estabelecendo - se uma co rrente em um anel superco ndutor, e la se manterá MATERIAIS CONDUTORES LIGAÇÃO À TERRA CONDUÇÃO EM SOLUÇÃO ELETROLÍTICA MATERIAIS ISOLANTES MATERIAIS SUPERCONDUTORES MATERIAIS SEMICONDUTORES COLÉGIO ESTADUAL VICENTE RIJO - FÍSICA – 3ª SÉRIE – ENSINO MÉDIO - PROF. PAULO ANGÉLICO - 7 - inalterada por um longo tempo, sem necessidade de bateria o u de qualquer o utra fonte de energia. O mercúrio só l ido perde completamente sua resistênc ia elétr ica em temperaturas inferiores a 4 , 2 Kelvin ( - 268 , 8 °C). COLÉGIO ESTADUAL VICENTE RIJO - FÍSICA – 3ª SÉRIE – ENSINO MÉDIO - PROF. PAULO ANGÉLICO - 8 - 09) ) Duas chapas metál icas, com cargas elétr icas de s inais contrários, são inter l igadas por um f io metál ico con- dutor, conforme a f i gura. Através do f io deslocam- se: ( A) elétrons de B para A (B) ) pró tons de A para B (C) ) pró tons de A para B e elétrons de B para A ( D) pró tons de B para A e elétrons de A para B ( E) elétrons de A para B 1. . Propriedade condutores. que é nula nos materiais super- 10) ) Os corpo s que acumulam eletr ic idade são: ( A) bons co ndutores. ( B) maus co ndutores. ( C) superco ndutores. ( D) neutro s . ( E) orgânicos. 11) ) Maria estava aprendendo na escola as pro priedades de condução de e letr ic idade do s materiais. Seu professo r de F ís ica disse que materiais usado s em nosso cotid iano, como madeira, borracha e plást ico são, normalmente, i so lantes elétr icos, e outro s , como papel a lumínio, pregos e metais em geral , são condutores e l étr ico s . O professor so l i c i to u a Maria que montasse um instrumento para verif icar experimen- ta lmente se um material é condutor o u i solante elétr ico. Para montar ta l instrumento, além do s f io s e l étrico s , os compo nentes que Maria deve util i zar são: (A) ) água e sal. (B) ) pi lha e lâmpada. (C) ) capacito r e resisto r . ( D) volt ímetro e dio do. ( E) bobina e amperímetro. 12) ) Analise as af i rmações abaixo: I. . Ao se l i gar um co ndutor eletr iz ado à Terra, ele perde sua e letr ização . II. . A pele seca é mais condutora de e letr ic idade do que a pele úmida. III. I . Os elétrons l i vres são os respo nsáveis pela condução e l étrica em to do e qualquer co rpo . Está( ão) correta( s) : ( A) Apenas I (B) ) Apenas I I . (C) ) Apenas I I I . ( D) Apenas I e I I . ( E) Apenas I e I I I . TESTES PALAVRAS CRUZADAS 1 E 2 L 3 E 4 T 5 R 6 I 7 C 8 O COLÉGIO ESTADUAL VICENTE RIJO - FÍSICA – 3ª SÉRIE – ENSINO MÉDIO - PROF. PAULO ANGÉLICO - 9 - 2. . Materia l que não permite a passagem do f luxo de elétrons ou deixa passar apenas um pequeno número deles. 3. . São bo ns conduto res de eletr ic idade. 4. . Part ícula respo nsável pela condução elétr ica nos metais. 5. . L igação que causa a neutral iz ação de um corpo eletr iz ado. 6. . Exemplo de materia l semiconduto rmuito usado em c i rcuito s eletrônico s . 7. . Materia l que se comporta como superco ndutor a baixas temperaturas. 8. . Materia is que po dem se comportar a lgumas vez es como i so lantes e a lgumas vezes co mo conduto res. 1) ) Sobre o experimento da condução em so lução eletrol ít ica real izado em sala, expl ique po r que a lâmpada não acende quando se troca sal de cozinha po r açucar. 2) ) Em c l imas seco s as pesso as estão mais suje itas a levar choques quando tocam objeto s metál ico s . Expl ique por que i s to ocorre. 3) ) Materiais i so lantes po dem ser eletr izados? Expl ique e dê um exemplo . QUESTÕES COLÉGIO ESTADUAL VICENTE RIJO - FÍSICA – 3ª SÉRIE – ENSINO MÉDIO - PROF. PAULO ANGÉLICO - 10 - Ao atr itar- se dois co rpos i so lantes in i c ia lmente neutro s , provoca- se um contato intenso entre partes dos co rpos. Tal co ntato permite a troca de elétrons, eletr iz ando- se pos it ivamente o corpo que cede e létrons e negativamente o que recebe elétro ns. Cederá elétro ns o átomo cujo s e l étrons da últ ima camada estão meno s fortemente l i gado s ao seu núcleo em relação aos áto mos que compõe o o utro materia l . A e letr ização po r atr ito ocorre, por exemplo, quando esfregamos uma fo lha de papel em uma régua de plást ico : No processo de INDUÇÃO , a eletr ização de um co n- dutor neutro ocorre por s imples apro x imação de um corpo eletr izado, SE M QUE HAJA CONT ATO E NTRE ELES. As cargas do objeto neutro ( induz ido) são separadas ( po lar i zadas) pela apro x imação do corpo eletr iz ado ( indutor) , f i cando as cargas de mesmo s i nal do induto r o mais d istante po ss ível dele. Para manter o o bjeto induzido e letr izado, mesmo após o afastamento do induto r , devemo s l i gar o lado mais distante à T erra. Ao se l igar um co ndutor eletr izado à Terra, ele se descarrega do lado da l i gação. Ao se desfaz er a l i gação com a T erra o co rpo induz i do f i ca e letr izado com CARGA CONTRÁRIA à do indutor: Inic ia lmente tanto o papel co mo o plást ico estão neutro s , ou seja, possuem a mesma quantidade de carga po s i t iva e negat iva. Com o atrito ocorre transferênc ia de e létro ns de um co rpo para o utro. O papel perde elétrons e f i ca eletr izado com carga posi t iva. O plást ico ganha e létro ns e f i ca e letr iza do EXPERIMENTO : Após fazer a mo ntagem da f i gura, com carga negat iva: ELETRIZAÇÃO POR ATRITO ELETRIZAÇÃO POR INDUÇÃO COLÉGIO ESTADUAL VICENTE RIJO - FÍSICA – 3ª SÉRIE – ENSINO MÉDIO - PROF. PAULO ANGÉLICO - 11 - Na E l etr ização por Atrito, os corpos f i cam carregados com: apro x ime o canudinho atr itado e observe o que acontece com a f i ta de papel a lumínio. ( Não encoste o canudinho na f i ta). To que o disco de cartol ina com a mão e afaste o canudinho. Descreva e expl ique suas observaçõ es: • CARGAS DE MESMO VALOR ( MÓDULO) e • CARGAS DE SINAIS CONTRÁRIOS. Este fato é uma consequência do Princíp io da Conservação da Carga E létr ica. COLÉGIO ESTADUAL VICENTE RIJO - FÍSICA – 3ª SÉRIE – ENSINO MÉDIO - PROF. PAULO ANGÉLICO - 12 - A eletr iz ação por CO NTATO consiste em encostar um objeto já e letr izado 1 em um o utro, e letr icamente neutro 2 . 13) ) Atrita- se um bastão de v idro co m um pano de lã in i c i a lmente neutro s . Pode- se af i rmar que: (A) ) só a lã f i ca eletr izada. (B) ) só o bastão f i ca eletr iz ado . (C) ) ambo s se e l etr izam com cargas de mesmo s inal. ( D) ambo s se e l etr izam com cargas de s inais o postos. ( E) nenhum dos corpos se e letr iz a. Durante o contato as cargas i rão se redistr ibuir entre os do i s o bjetos, eletr iz ando o corpo neutro com cargas de ME SMO SINAL do eletr izado . Se os corpos forem i guais, após a separação e les f i carão e letr izado s com a MESMA CARGA ( mesmo valor e mesmo s inal) . EXPERIMENTO : Você pode o bservar a eletr ização por contato através do pêndulo elétr ico: Primeiro deve- se atr itar o canudinho com um pedaço de papel e em seguida encostá - lo no c í rculo de papel a lumínio. Descreva e expl ique o que aco ntece: ANTES do CONTATO DEPOIS do CONTATO ELETRIZAÇÃO POR CONTATO TESTES COLÉGIO ESTADUAL VICENTE RIJO - FÍSICA – 3ª SÉRIE – ENSINO MÉDIO - PROF. PAULO ANGÉLICO - 13 - 14) ) Passando - se um pente nos cabelos, verif ica- se que ele po de atrair pequenos pedaços de papel. A expl icação mais coerente com este fato é que, ao passar o pente nos cabelo s , ocorreu: (A) ) eletr iz ação do pente e não dos cabelo s , que faz cargas passarem ao s pedaços de papel e os atrai. (B) ) aquecimento do pente, com co nseqüente eletr iz ação do ar pró ximo, que provoca o fenômeno descrito. (C) ) eletr iz ação do pente, que induz cargas no papel, provocando a sua atração . (D) ) deseletr iz ação do pente, que agora passa a ser atraído pelo s pedaço s de papel que sempre estão eletr iz ado s . (E) ) eletr iz ação do papel, que induz cargas no pente neutro, provocando a sua atração. 15) ) O eletro scópio de fo lhas repre- sentado na f igura está carregado posit ivamente. Se uma pessoa tocar na esfera A ele se descarrega porque: ( A) os elétrons do eletro scópio passam para a pessoa. ( B) os nêutro ns da pessoa passam para o eletroscó pio. ( C) os próto ns do eletroscó pio passam para a pessoa. ( D) os elétrons da pessoa passam para o e l etro scó pio. ( E) os próto ns da pessoa passam para o eletroscó pio. 16) ) Se um conduto r e l etriz ado posi t ivamente fo r apro x imado de um condutor neutro, sem tocá- lo, pode- se af i rmar que o co ndutor neutro: (A) ) conserva sua carga total nula, mas é atraído pelo eletr iz ado. (B) ) eletr iz a- se negat ivamente e é atraído pelo eletr iz ado. (C) ) eletr iz a- se posit ivamente e é repel ido pelo eletr iz ado. (D) ) conserva a sua carga to tal nula e não é atraído pelo eletr iz ado . (E) ) f i ca com a metade da carga do conduto r eletr iz ado. COLÉGIO ESTADUAL VICENTE RIJO - FÍSICA – 3ª SÉRIE – ENSINO MÉDIO - PROF. PAULO ANGÉLICO - 14 - 17) ) Os corpos eletr iz ado s por atr ito, co ntato e indução f i cam carregado s respectivamente com cargas de s inais: (A) ) iguais, i guais e i guais. (B) ) iguais, i guais e co ntrário s . (C) ) contrários, contrários e i guais. ( D) contrários, i guais e i guais. ( E) contrários, i guais e contrário s . A principa l caracter íst ica de uma carga elétr ica é a sua capacidade de interagir com outras cargas. Na Teoria do E l etromagnet ismo o CAMPO ELÉTRICO tem o papel de mediador dessa interação. É através dele que uma carga “ sente” a presença de o utras cargas. 18) ) Duas pequenas esferas metál icas, de massas desprez íveis, estão suspensas, em repo uso, por f ios leves e i so lantes. O s inal da carga de cada esfera está indicado na f igura e a ausência de s inal indica que a esfera está e letr icamente neutra. Das s i tuaçõ es indicadas nas f i guras são possíveis somente: (A) ) I , I I e I I I . (B) ) I , I I , I I I e IV. (C) ) I I , I I I e IV. (D) ) I I , I I I , IV e V. (E) ) I I I, IV e V. 19) ) Em uma aula, o Prof. Paulo apresenta uma montagem com dois anéis pendurados, como representado na f i gura. Um do s anéis é de plást ico – materia l i so lante – e o outro é de cobre – materia l conduto r . Inic ia lmente, o Prof. Paulo apro xima um bastão eletr icamente carregado, primeiro, do anel de plást ico e, depois, do anel de co bre. Co m base nessas info rmaçõ es, é CO RRETO af irmar que: (A) ) os dois anéis se apro x imam do bastão. (B) ) o anel de plást ico não se movimenta e o de co bre se afasta do bastão . (C) ) os dois anéis se afastam do bastão. (D) ) o anel de plást ico não se movimenta e o de co bre se apro xima do bastão . (E) ) os dois anéis f i cam imóveis. CAMPO ELÉTRICO COLÉGIO ESTADUAL VICENTE RIJO - FÍSICA – 3ª SÉRIE – ENSINO MÉDIO - PROF. PAULO ANGÉLICO - 15 - Uma pro priedade importante do campo e létr ico é que ele é uma GRANDEZA VETORIAL e, portanto, deve ser caracter izado por INTENSIDADE , DIREÇÃO e SENTIDO . A direção do campo de uma carga puntiforme é RADIAL e seu sentido é DIVERGE NTE se a carga for posit iva e CO NVERGE NTE se a carga for negativa. A INTENSIDADE DO CAMPO DIMINUI CO M A DISTÂNCIA, ou seja, o campo elétr ico é bastante intenso pró x imo à carga e diminui pro gress ivamente quando nos afastamo s dela. O campo de uma carga e létr ica só é nulo no inf inito. COLÉGIO ESTADUAL VICENTE RIJO - FÍSICA – 3ª SÉRIE – ENSINO MÉDIO - PROF. PAULO ANGÉLICO - 16 - O campo elétr ico de uma carga não po de ser alterado pela presença do campo elétr ico de outra carga, no entanto, é comum representarmo s a superpo s i ção desses campo s através de uma soma vetorial . A f igura a seguir representa a superpo s i ção do s campo s de duas cargas puntiformes. Qual o s inal de cada carga ? EXPERIMENTO: As o ndas de rádio são consti tuídas de campo s elétr icos e magnético s osci lantes. O que pode acontecer se você colocar um radinho de pi lha l i gado dentro de uma caixa de l e i te lo nga v ida vazia ( ou enrolá- lo com papel a lumínio)? E numa caixa de sapatos? Faça o experimento e expl ique suas observaçõ es. Quando colocamos uma carga e létr ica pró xima de 20) ) Qual a intensidade da fo rça que age so bre uma carga elétr ica de 8 C quando colocada num campo e létr ico de intensidade 5 . 105 N/ C ? (A) ) 0 , 4 N (B) ) 4 N outra carga e las interagem através do s seus campos elétr ico s . Esta interação dá origem às FORÇAS ELÉTRICAS que faz em com que as cargas se apro ximem ou se afastem. A força e létr ica F que uma carga q sente, quando colocada num campo e l étrico E de outras cargas, é dada po r : IMPORTANTE : Se a carga for negativa, o sentido da força é co ntrário ao sentido do campo. (C) ) 40 N (D) ) 400 N (E) ) n. d. a . 21) ) Meteo rolo gistas mediram a distr ibuição de cargas elétr icas no interio r das nuvens de tempestade, chamadas de “ cúmulo s nimbos”, e enco ntraram um perfi l para essa distr ibuição de cargas semelhante ao mostrado na f igura. Nessa f igura, é mostrado a inda o solo sob a nuvem, que f i ca carregado po s i t ivamente por indução, a lém dos pontos X, Y, Z e W em destaque. SUPERPOSIÇÃO DE CAMPOS ELÉTRICOS TESTES CAMPO E FORÇA ELÉTRICA BLINDAGEM ELETROSTÁTICA COLÉGIO ESTADUAL VICENTE RIJO - FÍSICA – 3ª SÉRIE – ENSINO MÉDIO - PROF. PAULO ANGÉLICO - 17 - O inter io r de um corpo CONDUTOR f i ca bl indado contra inf luências e létr icas pro venientes de cargas Desse mo do, entre a parte superio r e a parte s i tuadas no exterior desse condutor. Este fenômeno é conhecido co mo BLINDAGE M ELETROST ÁTICA. NO INTERIOR DE CORPO S CONDUTORE S O CAMPO ELÉTRICO É SEMPRE NULO . Uma pessoa no interior de uma gaiola eletr izada não l eva choque mesmo que toque nela. Já uma pessoa fora da gaio la v i ra churrasquinho se tocar a grade. inferio r da nuvem, bem como entre a parte inferio r da nuvem e o solo , são produz ido s campos elétr ico s da ordem de 100 N/ C. Po de- se af i rmar que o sentido do veto r campo elétr ico entre o s pontos X e Y e entre os po ntos Z e W é, respect ivamente, ( A) para baixo e para c ima. ( B) para c ima e para baixo. ( C) para c ima e para c ima. ( D) para baixo e para baixo. ( E) para a direita e para a esquerda. COLÉGIO ESTADUAL VICENTE RIJO - FÍSICA – 3ª SÉRIE – ENSINO MÉDIO - PROF. PAULO ANGÉLICO - 18 - O c ientista f rancês Charles Co ulomb ( 1738 - 1806 ) conseguiu estabelecer exper imenta lmente uma expressão matemática que no s permite calcular o valor da fo rça entre do i s pequeno s corpos eletr iz ados. Coulomb verif ico u que o valor dessa força ( seja de atração ou de repulsão) é tanto maio r quanto maio res forem os valores das cargas no s corpo s , e tanto menor quanto maio r for a distância entre e les. • A intensidade da Fo rça E létr ica é propo rcio nal ao pro duto das cargas e inversamente pro porcio nal ao quadrado da distância entre e las. • A direção da fo rça é a da reta que une as cargas. • O valor da Co nstante E l etrostática K depende do meio na qual as cargas estão imersas: 22) ) Quando a distância entre duas part ícu las eletr iz adas se reduz à metade, a intensidade da força eletro stát ica entre e las: ( A) permanece a mesma ( B) quadruplica (C) ) dobra (D) ) se reduz à metade (E) ) se reduz a um quarto do valor inic ia l FORÇA ELÉTRICA – LEI DE COULOMB TESTES COLÉGIO ESTADUAL VICENTE RIJO - FÍSICA – 3ª SÉRIE – ENSINO MÉDIO - PROF. PAULO ANGÉLICO - 19 - 23) ) Duas cargas po s i t i vas, separadas por uma certa distânc ia, sofrem uma força de repulsão. Se o valor de uma das cargas for do brado e a distância dupl icada, então, em relação ao valor antigo de repulsão, a nova fo rça será: (A) ) o do bro (B) ) o quádruplo ( C) a quarta parte ( D) a metade ( E) igual 24) ) Duas cargas Q = 4 . 10 – 7 C e q = 5 . 10 – 2 C estão no vácuo separadas po r uma distância de 6 m. A intens idade da força de repulsão eletrostática entre elas vale: (A) ) 5 N (B) ) 30 N (C) ) 50 N (D) ) 500 N (E) ) n. d. a . 25) ) Determine a intensidade da força elétr ica entre as cargas da f igura. (A) ) 14 N (B) ) 10 N (C) ) 9 N (D) ) 5 N (E) ) n. d. a . COLÉGIO ESTADUAL VICENTE RIJO - FÍSICA – 3ª SÉRIE – ENSINO MÉDIO - PROF. PAULO ANGÉLICO - 20 - A f i gura abaixo mostra uma pi lha l igada a duas placas metál icas para lelas. Ao conectar a pi lha, as placas adquirem cargas elétr icas de s inais opos- tos. Cada uma dessas cargas carrega consigo seu campo. A superpo s i ção desses campos resulta em um campo e l étr ico apro xi - madamente unifo rme na região entre as placas: A intensidade do campo e létr ico depende da distância d entre as placas e também de uma grandeza chamada TENSÃO ELÉTRICA , que é uma caracter íst ica da pi lha. Quanto maior a tensão elétr ica, mais cargas se acumularão nas placas f azendo com que o campo elétr ico aumente de intensidade. Po r o utro l ado, se aumentarmo s a distância entre as placas, o campo elétr ico terá sua intens idade reduzida. Essa relação entre o campo, a tensão e a distância entre as placas é matemat icamente expressa por: Se ex ist irem elétro ns l i vresentre as placas, e les sentirão a presença do campo e se movimentarão em direção à placa posit iva devido à atuação de uma força elétr ica. TENSÃO ELÉTRICA TESTES COLÉGIO ESTADUAL VICENTE RIJO - FÍSICA – 3ª SÉRIE – ENSINO MÉDIO - PROF. PAULO ANGÉLICO - 21 - 26) ) Determine a intensidade do campo elétr ico unifo rme que surge entre as placas da f i gura: (A) ) 24 V/ m (B) ) 12 V/ m (C) ) 6 V/ m ( D) 0 , 16 V / m ( E) 3 V/ m 27) ) Considere duas grandes placas planas, parale las, carregadas com cargas iguais e co ntrárias. Quando diz emo s que entre e las ex iste um campo elétr ico uniforme, i sto s ignif ica que: (A) ) não aparece força elétr ica so bre uma carga colocada entre as placas. (B) ) a tensão entre as placas é a lternada. (C) ) o valor do campo é inversamente pro porcional ao quadrado da distância entre as placas. (D) ) o campo e l étr ico entre as placas é sempre nulo. ( E) o campo elétr ico tem o mesmo valor em todo s o s pontos s i tuado s entre as placas. 28) ) Durante a formação de uma tempestade, verif ica- se que oco rre uma separação de cargas e l étr icas, f i cando as nuvens mais altas eletr izadas pos it ivamente, enquanto as mais baixas adquirem cargas negativas que induzem cargas po s i t ivas na superf íc ie da Terra. À medida que vão se avolumando as cargas e l étr icas nas nuvens, as intens idades do s campo s e l étrico s vão aumentando. Se o campo elétr ico for inferio r a 3 . 106 N/ C, o ar permanecerá i so lante e impedirá a passagem de carga de uma nuvem para a Terra o u entre nuvens. Baseando- se nestas informações, determine qual a a l tura máxima da nuvem para o surgimento de re lâmpagos ( Co nsidere que o campo e létr ico é unifo rme). (A) ) 25 m (B) ) 50 m (C) ) 100 m (D) ) 150 m (E) ) n. d. a . COLÉGIO ESTADUAL VICENTE RIJO - FÍSICA – 3ª SÉRIE – ENSINO MÉDIO - PROF. PAULO ANGÉLICO - 22 - Capacitores são e lementos elétr icos capazes de armaz enar carga elétr ica e, co nseqüentemente, energia potencia l elétr ica. E l es são util i zados de várias maneiras em c i rcuitos eletrônicos: • os capacitores po dem ser util i zados para armaz enar carga para util i zação rápida. É i sso que o f lash faz. A diferença entre um capac itor e uma pi lha é que o capacito r po de descarregar toda sua carga em uma pequena f ração de segundo, já uma pilha demora mais tempo para descarregar- se. É po r i sso que o f lash e letrô nico em uma câmera ut i l iza um capacito r , a pi lha carrega o capacito r do f lash durante vário s segundo s , e então o capacito r descarrega toda a carga no bulbo do f l ash quase que instantaneamente. I s to pode to rnar um capacitor grande e carregado extremamente perigoso, o s f lashes e as TVs po ssuem advertências so bre abrí- lo s por este motivo. E l es po ssuem grandes capacitores que po deriam matá- lo com a carga que contêm. • os capacito res também podem e l iminar o ndulaçõ es. Se uma l inha que co nduz corrente co ntínua ( CC) possui o ndulaçõ es e picos, um grande capacitor pode uniformizar a tensão ; • um capacitor pode bloquear a corrente contínua ( CC). Se você co nectar um pequeno capacito r a uma pi lha, então não f lu i rá corrente entre os pólo s da pi lha assim que o capacitor est iver carregado ( o que é instantâneo se o capacito r fo r pequeno). Entretanto , o s inal de co rrente al ternada ( CA) f lu i através do capacito r sem qualquer impedimento. I sto ocorre porque o capacito r i rá carregar e descarregar à medida que a corrente a l ternada f lutua, faz endo parecer que a co rrente a lternada está f luindo; Os capacitores podem ser esférico s , c i l índrico s ou plano s , co nst ituindo- se de dois conduto res denomina- dos armaduras que, ao serem eletr iz ado s , num processo de indução total , armazenam cargas elétr icas de mesmo valor absoluto, porém de s inais contrário s . CAPACITORES ASSOCIAÇÃO DE CAPACITORES EM SÉRIE COLÉGIO ESTADUAL VICENTE RIJO - FÍSICA – 3ª SÉRIE – ENSINO MÉDIO - PROF. PAULO ANGÉLICO - 23 - • Os capacito res adquirem a mesma carga e l étr ica Q . • A tensão U entre os terminais da associação é i gual à soma das tensõ es em cada capacitor. • A tensão em cada capacitor é inversamente pro por- c ional à respectiva capaci tância. • Os capacito res f i cam sujei tos à mesma tensão U . • A carga to ta l Q acumulada pela associação é i gual à soma das cargas de cada capacito r . • A carga de cada capac ito r é diretamente pro porcional à sua capac itânc ia . O gráf ico abaixo representa a carga elétr ica Q de um capacito r em função da ddp U no s seus terminais. Como, nesse caso, Q e U são grandezas diretamente pro porcionais, o gráf ico correspo nde a uma função l inear, po i s a capacidade eletrostática C é co nstante. Considerando que o capacitor tenha adquir ido a carga Q quando submetido à tensão U do gráf ico, a energia elétr ica Welétrica armaz enada no capacitor correspo nde à área do t r i ângulo sombreado. 29) ) A unidade de capacitância no S i s tema Internacio nal de Unidades é o : ( A) Coulomb. ( B) Volt. (C) ) Watt. (D) ) Farad. (E) ) Joule. ASSOCIAÇÃO DE CAPACITORES EM PARALELO ENERGIA ARMAZENADA NOS CAPACITORES TESTES COLÉGIO ESTADUAL VICENTE RIJO - FÍSICA – 3ª SÉRIE – ENSINO MÉDIO - PROF. PAULO ANGÉLICO - 24 - 30) ) No cotid iano empregam - se capacitores no s c i rcuitos eletrônicos de rádio s , TV s , computado res, etc. Uma de suas f ina l idades é: (A) ) armaz enar carga e energia elétr ica. (B) ) evitar passagem de corrente al ternada no c i rcuito. ( C) pro duzir a energia e l étr ica do c i rcuito . (D) ) diminuir a resistência e létr ica. (E) ) pro duzir o ndulações em corrente cont ínuas. 31) ) Um capacitor é l igado aos termina is de uma bateria de 12 V. Verif ica- se que a carga adquir ida, em valor abso luto, é de 24 n C. A capaci tância desse capacitor é i gual a: (A) ) 0 , 5 n F (B) ) 1 , 0 n F (C) ) 2 , 0 n F (D) ) 288 n F (E) ) 36 n F A corrente elétr ica é um movimento ordenado de cargas e lementares . Pode ser um s imples j ato de part ícu las no vácuo, como acontece num tubo de TV, em que um feixe de elétrons é lançado co ntra a tela. No entanto, na maioria dos casos, a co rrente e l étr ica não oco rre no vácuo, mas s im no inter ior de um condutor. Po r exemplo, apl icando uma vo l tagem num f io metá l ico, surge nele uma corrente e l étr ica formada pelo movimento ordenado de e létro ns. Não se pode dizer que todo movimento de cargas elétr icas seja uma corrente e l étr ica. No f io metál ico, por exemplo, mesmo antes de apl icarmo s a voltagem, já existe movimento de cargas e l étricas. To do s os elétrons l i vres estão em movimento, devido à agitação térmica. No entanto, o movimento é caó t i co e não há corrente e l étr ica. 32) ) Determine a carga e l étrica armaz enada no capacito r representado na f i gura abaixo: ( A) 3 , 0 C ( B) 0 , 33 C (C) ) 16 C (D) ) 48 C (E) ) 8 C 33) ) Um capacitor plano de capacitância 2 , 0 n F é l i gado aos terminais de uma bateria e adquire carga de 6 , 0 x 10 - 8 C. Determine a tensão da bateria. ( A) 0 , 03 V (B) ) 0 , 3 V (C) ) 3 , 0 V (D) ) 30 V (E) ) 300V Quando apl icamos a vo l tagem, o movimento caó t i co continua a ex ist ir, mas a ele se sobrepõ e um movimento ordenado, de tal fo rma que, em média, os elétrons l i vres passam a se deslocar ao longo do f io . 34) ) Determine a capac i tânc ia equivalente das associaçõ es de capacitores a seguir: a) CORRENTE ELÉTRICA COLÉGIO ESTADUAL VICENTE RIJO - FÍSICA – 3ª SÉRIE – ENSINO MÉDIO - PROF. PAULO ANGÉLICO - 25 - Quando apl icamos uma vo l tagem no s terminais de um f io conduto r e le f i ca polarizado, surgindo no interior deste um campo e l étr ico . Os e l étrons l i vres sentem esse campo e são fo rçados a se movimentar numa dada direção devido à ação de uma força e létr ica. b) COLÉGIO ESTADUAL VICENTE RIJO - FÍSICA – 3ª SÉRIE – ENSINO MÉDIO - PROF. PAULO ANGÉLICO - 26 - • No condutor metálico , as cargas l i vres são o s elétrons, que se movimentam em sentido co ntrário ao do campo e l étr ico. • No condutor l íquido ( e letróli to) , as cargas l i vres são íons po s i t ivo s e negativos. • No condutor gasoso ( plasma) as cargas l i vres são tanto íons quanto e létro ns. O sentido convencio nal da co rrente elétr ica é o do des locamento de cargas l ivres pos it ivas no condutor ( mesmo que elas inexistam) , ou seja, é o mesmo sentido do campo e létr ico . Dependendo da voltagem apl icada, a co rrente e létr ica que surge num c i rcuito elétr ico pode ser co ntínua ou alternada. Vimo s que p i lhas e baterias fornecem voltagens co ntínuas, o u seja, não ocorre mudança do sentido do campo e létr ico no interior do s co ndutores. Como o campo elétrico é f i xo o s elétro ns l iv res se movimentarão, em média, todos no mesmo sentido, ou seja, eles avançam. No caso das tomadas residenciais, a voltagem é al ternada. Este t ipo de vo l tagem faz com que o campo elétr ico no interio r do s condutores ora apo nte para um l ado o ra aponte para outro. Desta forma os elétrons l i vres no interior do co ndutor executarão um movimento de vai- e- vem. E l es não avançam pelo condutor, apenas o sci lam pra lá e pra cá 60 vezes por segundo, o u seja, numa f reqüência de 60 Hertz . A intensidade da corrente elétr ica é a quant idade de carga que atravessa uma superf íc ie transversal de um condutor, div idida pelo intervalo de tempo que l eva para i sso aco ntecer. CAR GAS L IVRES SENTIDO CONVENCIONAL DA CORRENTE EFEITOS DA CORRENTE ELÉTRICA EFEITO TÉRMICO Todo f io que co nduz e letr ic idade se aquece ( E fe ito Joule) . E sse efeito é a base de funcio namento dos aquecedores e l étrico s , chuveiros elétr ico s , secadores de cabelo, lâmpadas incandescentes, etc. EFEITO LUMINOSO Em det erm inadas co ndiçõ es, a passagem da corrente e létr ica através de um gás rarefei to faz com que e le emita luz . As lâmpadas f luorescentes e os anúncios luminoso s são apl icações desse efeito. Neles há a transfo rmação direta de energia e létr ica em energia lumino sa. EFEITO QUÍMICO Algumas reações químicas ta i s como a e letró l i se da água só ocorrem na presença de co rrentes e létr icas. Esse efeito é util i zado, po r exemplo, no revestimento de metais por cromagem. EFEITO MAGNÉTICO Cargas em movimento produz em campo s magnéticos. Um condutor percorrido por uma co rrente elétr ica cr ia, na região próxima a ele, um campo magnético. Este é um do s efeito s mais importantes, constituindo a base do funcio na- mento do s moto res, transformado res, etc. EFEITO ELETRO- MAGNÉTICO Antenas transmisso ras ( rádio e telefone celular) são percorridas por co rrentes que o sci lam em alt í ss imas f reqüências. Esta osci la- ção produz uma o nda e l etromag- nética que se pro paga no ar. O campo magnético produzido po r uma corrente alternada pode ser util i zado para mover ímãs. Colocar auto móveis em movimento ou tocar TIPOS DE CORRENTE ELÉTRICA INTENSIDADE DA CORRENTE ELÉTRICA COLÉGIO ESTADUAL VICENTE RIJO - FÍSICA – 3ª SÉRIE – ENSINO MÉDIO - PROF. PAULO ANGÉLICO - 27 - COLÉGIO ESTADUAL VICENTE RIJO - FÍSICA – 3ª SÉRIE – ENSINO MÉDIO - PROF. PAULO ANGÉLICO - 28 - 35) ) Assina le a alternat iva INCORRETA: (A) ) Ao movimento ordenado de cargas e l étr icas dá- se o nome de corrente e létr ica. (B) ) Cargas em movimento pro duz em campo s magnéticos. (C) ) Todo f io que co nduz e letr ic idade se aquece. (D) ) Antenas t ransmisso ras de rádio e te levisão são percorridas por a l t í ss imas correntes cont ínuas. (E) ) O sentido convencio nal da corrente e l étr ica é oposto ao real. 39 ) ( UCPR) Uma corrente e létr ica de 10 A é mantida em um condutor metál ico durante 2 minuto s . Pede- se a carga e létr ica que atravessa o condutor. ( A) 120 C ( B) 1200 C (C) ) 200 C (D) ) 20 C (E) ) 600 C 36) ) ( UEL/ 2000 ) Quando uma corrente e l étr ica passa por um co ndutor e la provoca alguns efeito s muito importantes. Considere os seguintes efeito s da corrente e l étr ica: I. . Efeito Joule ou térmico: um co ndutor perco rr ido por co rrente elétr ica sofre um aquecimento. II. Efeito químico: uma solução eletrol ít ica sofre deco mpo s i ção quando é percorr ida po r corrente elétr ica. III. Efeito luminoso: a passagem da corrente elétr ica através de um gás rarefe ito, so b baixa pressão. IV. Efeito f i s iológ i co: a corrente elétr ica ao atravessar o rganismos v i vos produz co ntrações musculares ( cho ques elétr icos) . V. Efeito mag nético: um condutor perco rr ido por corrente e létr ica c r ia, na região próxima a e le, um campo magnético . Na no ssa residência, o s efeitos que sempre acompanham a co rrente elétr ica são: ( A) I e II (B) ) II e II I (C) ) III e I V ( D) IV e V ( E) I e V 37) ) ( UFSE) Se uma superf íc ie t ransversal de um condutor é atravessada em 10 s po r uma quantidade de carga i gual a 5 C, a co rrente elétr ica nesse conduto r vale: (A) ) 50 A (B) ) 2 A (C) ) 5 A (D) ) 15 A (E) ) 0 , 5 A 38) ) Em uma superf íc ie t ransversal de um f io co ndutor passa uma carga de 10 C a cada 2 s . Qual a intens idade de corrente neste f io? (A) ) 5 A (B) ) 20 A ( C ) 200 A ( D ) 2000 A ( E ) 0 , 2 A COLÉGIO ESTADUAL VICENTE RIJO - FÍSICA – 3ª SÉRIE – ENSINO MÉDIO - PROF. PAULO ANGÉLICO - 29 - 40) ) ( UEL/ 1995 ) Pela secção transversal de um condutor de e letr ic idade passam 12 , 0 C a cada minuto. Nesse conduto r a intensidade da co rrente elétr ica é: ( A) 0 , 08 A ( B) 0 , 20 A (C) ) 5 , 0 A (D) ) 7 , 2 A (E) ) 12 A 41) ) ( UFSM/ 1999 ) Uma l âmpada permanece acesa durante 5 minuto s por efeito de uma corrente de 2 A, fo rnecida po r uma bateria. Nesse intervalo de tempo, a carga to tal l iberada pela bateria é: (A) ) 0 , 4 C (B) ) 2 , 5 C (C) ) 10 C (D) ) 150 C (E) ) 600 C 42) ) ( PUC) Uma lâmpada permanece acesa durante 1 ho ra, sendo percorrida po r uma corrente elétr ica contínua de intensidade i gual a 0 , 5 A. Qual a quant idade de carga elétr ica que passo u pela lâmpada? (A) ) 30 C (B) ) 300 C (C) ) 900 C ( D) 1800 C ( E) 3600 C 43) ) Pela secção reta de um f io conduto r mantém- se uma corrente co ntínua de intensidade 0 , 5 A. Durante quanto tempo deve ser mantida essa corrente para que a carga total t ransportadaseja igual a 30 C? (A) ) 15 s (B) ) 30 s (C) ) 45 s (D) ) 1 min (E) ) 2 min COLÉGIO ESTADUAL VICENTE RIJO - FÍSICA – 3ª SÉRIE – ENSINO MÉDIO - PROF. PAULO ANGÉLICO - 30 - Observando o interio r de um chuveiro elétrico percebemo s que ex iste um f io metál ico enrolado dentro dele. E ste f io é chamado de RESISTOR e é feito de uma l iga de níquel e cromo ( em geral 60 % de níquel e 40 % de cro mo). E le usou f io gro sso, f io f ino, f io comprido, f io curto, f io de cobre, f io de prata, ou seja, vario u bem to das as possib i l idades. Depois ele reuniu suas o bservaçõ es em tabelas. O hm percebeu que na maioria dos experimento s , a div isão do valo r da voltagem pela intensidade da corrente dava sempre um mesmo resultado. Calcule e co mprove: Pilhas Voltagem Corrente Voltagem Corrente 1 1 , 5 V 0 , 3 A 2 3 , 0 V 0 , 6 A 3 4 , 5 V 0 , 9 A 4 6 , 0 V 1 , 2 A 5 7 , 5 V 1 , 5 A Ohm também fez o gráf ico da Voltagem versus a Corrente e no tou que se unisse os po ntos do gráf ico obteria uma reta: Quando abrimo s a torneira, a pressão da água l i ga os contatos elétr icos faz endo com que um grande número de e létro ns l iv res passe a se deslocar, estabelecendo uma corrente e létr ica dentro do f io. Nas l i gaçõ es residenciais a corrente é a l ternada, ou seja, os elétro ns executam um movimento de vai- e- vem com uma f reqüência i gual a 60 Hz. Nesse movimento o s elétro ns col idem entre s i e também contra os átomo s que co nst i tuem o f io. Po rtanto, os elétrons enco ntram uma certa DIFICUL DADE para se deslocar, i s to é, a fo rça devido aos cho ques origina uma certa RE SISTÊNCIA à passagem da corrente. Quando um elétron se cho ca com um áto mo, tanto e le como o átomo co meçam a VIBRAR MAIS. E ste aumento da energia de v ibração acarreta um AUMENTO DE TE MPERAT URA do f io. É po r i sso que a gente t reme no f r io. Tremendo a gente v ibra mais e se esquenta. Geo rge Simon O hm ( 1787 - 1854 ) foi um f í s i co a lemão que real izo u experimentos em c i rcuitos elétr ico s . O hm noto u que se ele dobrasse a voltagem apl icada a um mesmo c i rcuito, a corrente e létr ica também dobrava: Desconfiado de que exist ia uma RE GULARIDADE neste fato, O hm repetiu várias vez es o exper imento com diversas voltagens e materiais d iferentes. PRIMEIRA LEI DE OHM RESISTORES COLÉGIO ESTADUAL VICENTE RIJO - FÍSICA – 3ª SÉRIE – ENSINO MÉDIO - PROF. PAULO ANGÉLICO - 31 - Quando Geo rge O hm transformo u seus dado s experimentais em uma reta, ele estava propo ndo a chamada PRIMEIRA LEI DE OHM: O resultado da div isão entre a voltagem e a co rrente é chamado de RE SISTÊ NCIA ELÉTRICA. A res istência está int imamente relacio nada às fo rças devido aos cho ques que atuam no s e létro ns em movimento dentro do f io condutor. Um conduto r é dito ÔHMICO se sua resistência permanece constante independentemente do valor da tensão apl icada a e le. Neste caso a corrente estabelecida é diretamente proporcional à voltagem aplicada . Se a voltagem do bra, a co rrente também dobra e assim por diante. COLÉGIO ESTADUAL VICENTE RIJO - FÍSICA – 3ª SÉRIE – ENSINO MÉDIO - PROF. PAULO ANGÉLICO - 32 - O que é notável na Primeira Lei de O hm é a variedade de substâncias e o extenso campo de valores de intensidade de campo e l étr ico em que e la é o bedecida com bastante precisão. No entanto, e la fa lha em algumas c i rcunstâncias. Campos e létr icos muito intensos po dem levar a a lteraçõ es drást icas no número de e létro ns l iv res no interior dos conduto res. Por exemplo: dupl icando uma voltagem muito elevada, a corrente elétr ica pode quadruplicar e não apenas duplicar como era esperado. Nestes casos o valor da resistência não é mais co nstante e depende da tensão apl icada. Dispo s i t ivos que não obedecem a Pr imeira Lei de O hm são chamado s NÃO- ÔHMICOS o u NÃO- L INE ARE S. E s tes disposit ivo s são indispensáveis na eletrô nica ( diodos, 46) ) Na instalação e l étr ica de um chuveiro de 220 V e 20 , o fusível deve supo rtar uma co rrente elétr ica de pelo meno s : ( A) 200 A ( B) 4400 A (C) ) 11 A (D) ) 220 A (E) ) 20 A 47) ) L igando- se uma l âmpada à tomada de uma residência, uma voltagem de 120 V será apl icada às extremidades do f i lamento da lâmpada. Verif ica - se, então, que uma corrente de 2 , 0 A passa pelo f i lamento. Qual é o valor da resistência desse f i lamento? ( A) 240 ( B) 120 ( C) 60 ( D) 30 ( E) n. d. a . 48) ) Considere os gráf ico s a seguir, que representam a tensão U no s terminais de compo nentes elétr ico s em função da intensidade da corrente i que o s percorre. transisto res, etc.) . Se to das as coisas começassem a obedecer a Primeira L ei de O hm a tecnolo gia eletrônica ( e a v ida) entraria em colapso. 44) ) A tensão nos terminais de um resisto r de 100 , percorrido por uma co rrente de 0 , 2 A é igual a : ( A) 1000 V ( B) 500 V ( C) 100 V ( D) 20 V ( E) 2 V Dentre esses gráf icos, po de- se uti l iz ar para representar componentes ôhmico s SO MENTE : (A) ) I ( D ) I , I I e IV (B) ) I e IV ( E ) I , IV e V ( C) I , I I e I I I CONDUTORES NÃO ÔHMICOS TESTES COLÉGIO ESTADUAL VICENTE RIJO - FÍSICA – 3ª SÉRIE – ENSINO MÉDIO - PROF. PAULO ANGÉLICO - 33 - 45) ) Um f io conduto r , submetido a uma tensão de 1 , 5 V, é perco rr ido por uma corrente de 3 , 0 A. A resistência e létr ica desse condutor é igual a: ( A) 0 , 5 ( B) 2 ( C) 4 , 5 ( D) 9 ( E) 10 , 5 49) ) Um resistor ô hmico de resistência elétr ica 4 é submet ido a uma tensão de 12 V durante um intervalo de 20 segundos. A quant idade de carga elétr ica ΔQ que atravessou o resisto r foi, em coulombs, igual a : (A) ) 3 (B) ) 6 (C) ) 30 (D) ) 60 ( E) 120 COLÉGIO ESTADUAL VICENTE RIJO - FÍSICA – 3ª SÉRIE – ENSINO MÉDIO - PROF. PAULO ANGÉLICO - 34 - Todo chuveiro que se prez e tem pelo meno s duas possib i l idades de aquecimento: INVERNO e VERÃO . Na posição inverno a água sai quente e na po s i ção verão ela sai morna. Quando mudamo s a chave de po s i ção estamo s mo dif icando o que dentro do chuveiro? Se abrirmo s o chuveiro, veremo s que o resisto r ( f io enrolado) apresenta um comprimento maior na posição verão do que na po s i ção inverno. Assim, quando mudamo s a chave de posição, estamos mudando o comprimento do resistor. O f io é enro lado para caber bastante f io em um pequeno espaço. O f io mais curto, correspondente à po s i ção inverno, apresenta uma resistência menor. I sto f az com que os elétrons avancem em maior número ( co rrente maio r ) , transferindo mais v ibração aos átomos dentro f io. Quanto maio r a v ibração, maior é a temperatura. COMPRIMENTO DO FIO FIO CURTO FIO COMPRIDO RESISTÊNCIA PEQUE NA GRANDE CORRENTE ALTA BAIXA ESQUENTA MUITO POUCO As lâmpadas incandescentes também apresentam um resisto r . E l e é um f i lamento enrolado, na maio r ia das vezes de tungstênio ( o mesmo mater ial das po ntas das canetas esfero gráf icas) . SEGUNDA LEI DE OHM COLÉGIO ESTADUAL VICENTE RIJO - FÍSICA – 3ª SÉRIE – ENSINO MÉDIO - PROF. PAULO ANGÉLICO - 35 - Para que o f i lamento po ssa emit ir luz ele tem que esquentar muito. A temperatura chega a ser superior a 2200 O C. Para esquentar muito ele deveter resistência muito pequena, ou seja, e le deve ser muito curto. Mas se ele for muito curto e f ino ele po de derreter f ac i lmente. A so lução enco ntrada foi aumentar a gro ssura do f io. F ios grosso s tem menor resistência que f io s f inos e esquentam mais. GROSSURA DO FIO FIO GROSSO FIO FINO RESISTÊNCIA PEQUE NA GRANDE CORRENTE ALTA BAIXA ESQUENTA MUITO POUCO Além de depender do comprimento e da espessura, a resistência também depende do material de que é feito o f io. Cada materia l po ssui uma res istência específ ica chamada RE SISTIVIDADE ELÉTRICA. Quanto melho r conduto r é um material , meno r é o valor de sua res ist iv idade. Uso Materiais a 20 OC Resistividade ( ohm. metro) Instalação residencial Cobre 1,7x10 -8 Antena Alumínio 2,8x10 -8 Lâmpada Tungstênio 5,6x10 -8 Chuveiros Níquel- c romo 1,1x10 -6 Capas de f io s Borracha 1013 a 1016 Supo rte de f ios em postes Madeira 108 a 1014 Apo io de f ios em postes Cerâmica 1010 a 1014 COLÉGIO ESTADUAL VICENTE RIJO - FÍSICA – 3ª SÉRIE – ENSINO MÉDIO - PROF. PAULO ANGÉLICO - 36 - O f í s i co Geo rge O hm ( de novo e l e) estabeleceu uma outra le i f í s i ca que leva em co nta o comprimento , a espessura e o material de que é feito o conduto r . E sta le i é co nhecida como a SE GUNDA LEI DE O HM: A res istência também depende da temperatura. Os aparelhos elétr icos l i gados apresentam res istência maior do que quando desl igado s . Quanto mais quente, maior a resistência. 50) ) De acordo com a 2 a Lei de Ohm, o f io co ndutor que apresenta MAIOR res istência e l étr ica é: ( A) curto e gro sso ( B) curto e f ino ( C) longo e gro sso ( D) longo e f ino ( E) muito duro 51) ) Considere duas l âmpadas, A e B, idênticas a não ser pelo fato de que o f i l amento de B é mais gro sso que o f i lamento de A. Se cada uma est iver sujeita a uma tensão de 110 vo l t s : ( A) A será a mais bri lhante pois tem a maio r resistência. ( B) B será a mais bri lhante po i s tem a maior resistência. ( C) A será a mais bri lhante pois tem a meno r resistência. ( D) B será a mais bri lhante po i s tem a meno r resistência. ( E) ambas terão o mesmo bri lho. 52) ) Um f io de a lumínio de espessura 1 , 4 mm 2 possui 50 m de comprimento. Sua resistência elétr ica, a 20 O C, é i gual a: ( A) 0 , 1 ( B) 0 , 5 ( C) 1 , 0 ( D) 1 , 5 ( E) 2 , 0 TESTES COLÉGIO ESTADUAL VICENTE RIJO - FÍSICA – 3ª SÉRIE – ENSINO MÉDIO - PROF. PAULO ANGÉLICO - 37 - Supo nha que duas l âmpadas estejam l igadas à tomada, de tal mo do que haja apenas um caminho para a corrente elétr ica f luir, dizemos que as duas lâmpadas estão associadas em SÉRIE . Evidentemente, po demos associar mais de duas lâmpadas dessa maneira, como em uma arvo re de Natal, o nde geralmente se usa um conjunto de várias lâmpadas associadas em série. Em uma associação em série de resistências o bservam- se as seguintes caracter íst icas : • Como há apenas um caminho po ss ível para a corrente, ela tem o mesmo valor em to das as resistências da associação ( mesmo que essas resistências sejam diferentes) . • É fácil perceber que, se o c i rcuito for interrompido em qualquer po nto, a co rrente deixará de c i rcular em todo o c i rcuito. • Quanto maior fo r o número de res istências l i gadas em série, maio r será a resistência total do c i rcuito. Portanto, se mant ivermos a mesma voltagem apl icada ao c i rcuito, menor será a corrente nele estabelecida. • A resistência única R , capaz de substituir a associação de várias resistências R 1 , R 2 , R 3 , etc., em série, é denominada RESISTÊNCIA EQUIVALENTE do co njunto. EXEMPLO : Calcule a resistência equivalente entre os terminais A e B da associação em série de resistores abaixo: ASSOCIAÇÃO DE RESISTORES EM SÉRIE COLÉGIO ESTADUAL VICENTE RIJO - FÍSICA – 3ª SÉRIE – ENSINO MÉDIO - PROF. PAULO ANGÉLICO - 38 - Se duas lâmpadas fo rem associadas de ta l maneira que existam dois ou mais caminho s para a passagem da corrente, diz emo s que as lâmpadas estão associadas em PARALELO. A associação em paralelo é util iz ada nas instalaçõ es elétr icas residenc iais. Em uma associação de resistências em parale lo, observamo s as seguintes caracter íst icas : • A corrente total i , fornecida pela bateria ou tomada, se div ide pelas res istênc ias da associação. A maior parte da corrente i passará na resistênc ia de menor valor ( caminho que oferece menor oposição). É po ss ível interromper a corrente em uma das resistências da associação, sem a l terar a passagem de co rrente nas demais resistênc ias. • Quanto maior fo r o número de resistências l i gadas em parale lo, menor será a resistência to tal do c i rcuito ( tudo se passa como se est ivéssemo s aumentando a espessura da resistência do c i rcuito) . Portanto, se mantivermo s ina lterada a voltagem apl icada ao c i rcuito, maior será a co rrente fornecida pela pi lha ou bateria. EXEMPLO : Calcule a res istência equivalente entre os terminais A e B da associação em paralelo de resisto res abaixo: 53) ) Calcule a resistência equivalente entre os terminais A e B das associaçõ es de resisto res abaixo: ( a) ( b) ( c) ( d) ASSOCIAÇÃO DE RESISTORES EM PARALELO EXERCÍCIOS COLÉGIO ESTADUAL VICENTE RIJO - FÍSICA – 3ª SÉRIE – ENSINO MÉDIO - PROF. PAULO ANGÉLICO - 39 - ( e) ( f ) ( g) COLÉGIO ESTADUAL VICENTE RIJO - FÍSICA – 3ª SÉRIE – ENSINO MÉDIO - PROF. PAULO ANGÉLICO - 40 - Correntes elétr icas são pro duz idas em co ndutores pela ação de um campo e létr ico apl icado, por exemplo, por uma bateria. Neste caso, a energia química da bateria está sendo transfo rmada em energia c inética do s e létro ns. A res istência do condutor, po r sua vez, transforma a energia c inética em energia térmica. A diss ipação de energia térmica no resistor é denominada EFEITO JOULE . Uma medida da d iss ipação da energia é dada pela POTÊNCIA ELÉTRICA . Vamos ideal iz ar uma s i tuação s imples, onde há somente uma diferença de po tencial entre as extremidades do co ndutor ( uma bateria, por exemplo) e um resisto r dissipando a energia. Neste caso valem as seguintes relaçõ es: 57) ) Uma l âmpada dissipa uma po tência de 110 W quando l i gada a uma to mada de 220 V. Qual a res istência do f i l amento da lâmpada l i gada? ( A) 220 ( B) 100 ( C) 440 ( D) 484 ( E) 200 58) ) Um aparelho e letro doméstico tem as seguintes inscriçõ es na plaqueta: 6 V / 5 W. Po de- se concluir que a resistência do aparelho, em o hms, é i gual a : ( A) 7 , 2 ( B) 1 , 2 ( C) 0 , 83 ( D) 4 , 16 ( E) 30 59) ) Um resisto r de 180 dissipa uma potência de 7 , 2 W. Pode- se conclu ir que a intens idade da corrente e l étrica que percorre o resisto r é: (A) ) 0 , 4 A (B) ) 0 , 2 A (C) ) 4 A (D) ) 2 A (E) ) 20 A 54) ) O efeito Jo ule co nsiste na transformação: ( A) da energia nuclear em energia eól ica. ( B) da energia eó l i ca em energia e l étr ica. ( C) da energia e létr ica em energia térmica. ( D) da energia so lar em energia elétr ica. ( E) daenergia e létr ica em energia eólica. 55) ) A intens idade da co rrente elétr ica que passa através de uma lâmpada é de 0 , 5 A quando so b tensão de 220 V . Qual a po tência elétr ica que a lâmpada dissipa? (A) ) 55 W (B) ) 110 W (C) ) 220 W (D) ) 440 W (E) ) 44 W 56) ) Um aparelho eletrodo méstico funciona com tensão de 110 V e potência de 3300 W. A corrente elétr ica pelo aparelho , quando em pleno funcio namento, é: (A) ) 30 A (B) ) 3 A (C) ) 1 A (D) ) 33 A (E) ) 110 A POTÊNCIA ELÉTRICA TESTES COLÉGIO ESTADUAL VICENTE RIJO - FÍSICA – 3ª SÉRIE – ENSINO MÉDIO - PROF. PAULO ANGÉLICO - 41 - 60) ) Uma l âmpada é submetida a uma tensão de 110 V, consumindo a po tência e létr ica de 60 W. A corrente e létr ica que atravessa a lâmpada tem intensidade mais pró x ima de: ( A) 0 , 55 A (B) ) 3 , 5 A (C) ) 8 , 9 A (D) ) 1 , 8 A (E) ) 50 A 61) ) Determine a po tência d iss ipada po r um aparelho de resistência e l étr ica 50 quando l i gado a uma tensão de 110 V. (A) ) 2 , 2 W (B) ) 5 , 5 W (C) ) 242 W ( D) 0 , 45 W ( E) 50 W 62) ) Determine a intensidade da corrente e létr ica em um resistor de 70 que dissipa 7000 W de potência. ( A) 1000 A (B) ) 100 A (C) ) 10 A (D) ) 1 A (E) ) 0 , 1 A COLÉGIO ESTADUAL VICENTE RIJO - FÍSICA – 3ª SÉRIE – ENSINO MÉDIO - PROF. PAULO ANGÉLICO - 42 - 63) ) Uma l âmpada dissipa a potência de 60 W quando percorrida por uma co rrente de 2 A. Determine a tensão à qual a lâmpada está l igada. (A) ) 15 V (B) ) 30 V (C) ) 60 V (D) ) 120 V (E) ) 240 V 64) ) Nas insta laçõ es residenc iais de chuveiros elétr i - cos, co stuma- se usar fus íveis o u d isjuntores que desl igam automat icamente quando a co rrente excede um certo valor pré- escolhido. Qual o valor do disjunto r que deve ser usado para instalar um chuveiro de 3600 W e 220 V? (A) ) 10 A (B) ) 15 A (C) ) 30 A (D) ) 70 A (E) ) 220 A 65) ) Um aquecedor e létr ico dissipa 240 W quando l i gado a uma bateria de 12 V. A corrente e létr ica no aquecedor é i gual a: ( A) 0 , 05 A ( B) 0 , 6 A ( C) 1 , 67 A ( D) 20 A ( E) 2880 A 68) ) A casa de um certo professor de F í s i ca tem dois chuveiro s e l étrico s que consomem 4500 W cada um. E l e quer t rocar o disjunto r geral da caixa de força por um que permita o funcio namento do s dois chuveiro s s imultaneamente com um aquecedor e l étr ico ( 1200 W), um ferro e létr ico ( 1100 W) e 7 lâmpadas incandescentes de 100 W. Disjuntores são c l assif icados pela corrente máxima que permitem passar. Considerando que a tensão na c idade seja de 220 V, o disjuntor de menor co rrente máxima que permit irá o co nsumo desejado é, então, de: (A) ) 30 A (B) ) 40 A (C) ) 50 A (D) ) 60 A (E) ) 80 A 69) ) Um chuveiro e l étrico é construído para a tensão de 220 V, dissipando, então, potência i gual a 2000 W. Por engano, submete- se o chuveiro a tensão de 110 V. Admitindo que a res istência elétr ica do chuveiro permaneça constante, a potência que ele dissipa passa a ser: ( A) 500 W ( B) 1000 W ( C) 2000 W ( D) 2500 W ( E) Zero 66 ) Um chuveiro e l étrico tem uma potência de 4400 W quando l i gado a uma vo l tagem de 220 V. Qual a co rrente que perco rre esse chuveiro? (A) ) 5 A (B) ) 10 A (C) ) 15 A (D) ) 20 A (E) ) 25 A 70 ) Uma lâmpada incandescente de 60 W, construída para t rabalhar so b 220 V, é l i gada a uma fonte de 110 V. Suponha que a resistênc ia elétr ica da lâmpada permaneça constante, qual a potência dissipada pela lâmpada nessas condições? (A) ) 15 W (B) ) 30 W (C) ) 60 W (D) ) 120 W (E) ) 240 W COLÉGIO ESTADUAL VICENTE RIJO - FÍSICA – 3ª SÉRIE – ENSINO MÉDIO - PROF. PAULO ANGÉLICO - 43 - 67 ) Na lâmpada do farol de um auto móvel está escrito: 12 V / 4 A. I sso s ignif ica que a l âmpada deve ser l i gada a uma voltagem de 12 V e percorrida por uma corrente e létr ica de 4 A. Qual a po tência dessa lâmpada? (A) ) 24 W (B) ) 36 W (C) ) 48 W (D) ) 60 W (E) ) 100 W 71 ) Uma lâmpada l igada a 120 V é perco rr ida por uma corrente de 0 , 5 A. Qual a potência dissipada pela lâmpada? (A) ) 100 W (B) ) 60 W (C) ) 40 W (D) ) 25 W (E) ) 10 W COLÉGIO ESTADUAL VICENTE RIJO - FÍSICA – 3ª SÉRIE – ENSINO MÉDIO - PROF. PAULO ANGÉLICO - 44 - A po tência de um aparelho indica a quantidade de energia e létr ica que está sendo transformada em outras formas de energia num certo intervalo de tempo. Você po de calcular o co nsumo de um aparelho, i sto é, da quantidade de energia e létr ica que ele t ransforma em outras formas de energia – se so uber sua potência elétr ica e o tempo que e l e f i ca l igado . Os fabricantes geralmente info rmam a po tência no pró prio aparelho. 73) ) A tabela abaixo mostra a relação de eletro- doméstico s de uma res idência e o tempo de util i zação mensal médio de cada aparelho. Calcule o consumo e l étrico mensal da res idência em k W h. I tem Potência ( Watts) Tempo Mensal ( Horas) Energia ( k Wh) 5 Lâmpadas 60 W 70 h 2 Lâmpadas 100 W 50 h 1 TV 200 W 180 h 1 Geladeira 150 W 450 h 1 Chuveiro 4200 W 15 h 1 Ferro 1200 W 5 h 1 Ap. De Som 85 W 30 h 1 Máq. Lavar 530 W 8 h 1 Rádio Relógio 5 W 720 h TOTAL ➔ 74) ) Em uma res idência, durante 30 min, f i caram l i gadas 5 l âmpadas de 100 watts, um ferro elétr ico de 1500 w atts e um chuveiro elétr ico de 3000 watts. A energia e l étrica dissipada, durante os 30 min, é, em k W h: ( A) 0 , 50 ( B) 1 , 0 ( C) 2 , 0 ( D) 2 , 5 ( E) 5 , 0 ENERGIA ELÉTRICA COLÉGIO ESTADUAL VICENTE RIJO - FÍSICA – 3ª SÉRIE – ENSINO MÉDIO - PROF. PAULO ANGÉLICO - 45 - Uma unidade muito comum de energia é o qui lowatt- hora ( k W h): 1 KWh = 1000 Wh 72 ) Uma casa po ssui 10 lâmpadas que permanecem 75) ) Sabendo que 1 k W h custa R$ 0 , 45 pode- se af irmar que o custo da energia elétr ica co nsumida por uma lâmpada de potência i gual a 60 W acesa 8 horas por dia, num mês de 30 dias, é: ( A) R$ 0 , 72 ( B) R$ 1 , 44 ( C) R$ 2 , 88 ( D) R$ 7 , 20 ( E) R$ 6 , 48 76) ) ( FURG- 2002 ) O custo da energia e l étrica para um consumidor residencia l vale R$ 0 , 25 por k Wh. acesas 6 ho ras por dia. Sendo de 100 watts a potência e létr ica de cada lâmpada, a energia gasta num mês, em quilowatt- hora, é de: (A) ) 10 (B) ) 30 (C) ) 60 ( D) 120 ( E) 180 Quanto custa por mês ( 30 dias) manter acesas durante c inco horas, todos o s dias, quatro lâmpadas de 100 W? ( A) R$ 72 , 00 ( B) R$ 30 , 00 ( C) R$ 18 , 00 ( D) R$ 15 , 00 ( E) R$ 3 , 75 COLÉGIO ESTADUAL VICENTE RIJO - FÍSICA – 3ª SÉRIE – ENSINO MÉDIO - PROF. PAULO ANGÉLICO - 46 - Em 1800 Alessandro Volta descobr iu que empi lhando a l ternadamente disco s de metais diferentes ( co mo prata e z inco, prata e co bre ou cobre e alumínio) e entremeando estes discos metál icos com discos de f lanela embebidos em água e sal ou em v inagre, a pi lha de discos pro duz ia e letr ic idade. Sempre que metais diferentes forem co locados em contato através de um l íquido salgado ou ácido ( o v inagre,por exemplo) , correrá um f luxo de e l étrons de um metal para outro. O ácido do v inagre produz reaçõ es químicas nos metais. Devido a essas reaçõ es, o z inco armazena um excesso de e létro ns em relação ao cobre, ocorrendo uma polariz ação de cargas. Surge então uma tensão e l étr ica. As pi lhas l íquidas de Volta, dif í ceis de transportar, foram hoje substituídas pelas pi lhas secas. Nesta, um bastão de carvão é imerso em camadas pastosas de dió x ido de manganês e c loreto de amô nia. O co njunto é lacrado numa carcaça de z inco . Há uma l enta reação química, que pro duz uma tensão e l étr ica. Quando colocamos em co ntato o carvão e o z inco, através de um f io, a corrente f lu i , co mo na pi lha úmida de volta. Nas pi lhas, a reação química que produz a separação de cargas não é reversível . Sendo assim, uma vez esgotado s o s reagentes dessa reação, as pi lhas " acabam" e não podem ser recarregadas. Já na bateria de auto móvel esse processo é reversível e, por i sso, ela po de ser recarregada. PILHAS E BATERIAS CONSTRUINDO UMA PILHA COLÉGIO ESTADUAL VICENTE RIJO - FÍSICA – 3ª SÉRIE – ENSINO MÉDIO - PROF. PAULO ANGÉLICO - 47 - Com a montagem sugerida na f i gura abaixo você pode pôr em funcio namento um reló gio despertado r ou uma calculado ra po rtát i l . A tensão obtida com a assoc iação é equivalente a uma pi lha comercia l de 1 , 5 Volts. o que é suf ic iente para faz er o relógio tocar. Você também po de uti l izar f rutas e l egumes para construir uma pi lha: COLÉGIO ESTADUAL VICENTE RIJO - FÍSICA – 3ª SÉRIE – ENSINO MÉDIO - PROF. PAULO ANGÉLICO - 48 - Sempre que uma corrente e l étrica passa po r um condutor, ele oferece uma certa o posição à sua passagem que é denominada resistência interna . Quando uma bateria possui po uco tempo de uso, sua resistência interna é muito pequena. Entretanto, à medida que ela vai sendo usada, esta resistência interna aumenta, podendo alcançar valo res bastante elevado s faz endo com que e la perca sua ut i l idade como gerado r de corrente. Nas baterias e pi lhas, o valor da Força E l etromotriz ( fem ) é uma caracter íst ica do aparelho, dependendo apenas do s elemento s químico s que entram em sua composição . Uma pilha comum, por exemplo, possui uma fem cujo valo r é ε = 1 , 5 V, quer e la esteja nova, quer já tenha s ido usada durante um tempo qualquer . Com o uso prolo ngado, o que se o bserva é um aumento na resistência interna r da pi lha. A equação do gerador apresentada abaixo nos mo stra que a vo l tagem U diminui com o aumento de r e, portanto , a po tência que a pilha é capaz de fornecer ao c i rcuito externo também diminui, apesar de sua fem não ter se modif icado . Podemos “ encarar” a equação acima como a assina- tura de um gerado r cuja fotograf ia é dada pelo gráf ico abaixo: 77) ) Um gerado r possui fo rça eletro motriz ε = 6 V e resistência interna r = 2 . A tensão no s terminais do gerador, quando percorrido po r uma corrente de 1 A, é i gual a: (A) ) 6 V (B) ) 4 V (C) ) 2 V (D) ) 1 V (E) ) Zero 78) ) Um gerador po ssui fem ε = 90 V e resistência interna r = 15 . Calcule a intensidade de corrente de curto - c i rcuito . ( A) 0 , 16 A (B) ) 6 A (C) ) 15 A (D) ) 90 A (E) ) n. d. a . 79) ) Um gerado r de resistência interna r = 2 , quando percorrido por uma corrente e létr ica de intens idade i = 5 A, mantém entre seus terminais uma tensão U = 40 V . Qual é a sua força eletromotriz? (A) ) 20 V (B) ) 30 V (C) ) 40 V (D) ) 50 V (E) ) 60 V RESISTÊNCIA INTERNA TESTES EQUAÇÃO DO GERADOR COLÉGIO ESTADUAL VICENTE RIJO - FÍSICA – 3ª SÉRIE – ENSINO MÉDIO - PROF. PAULO ANGÉLICO - 49 - 80) ) Um gerado r po ssui uma curva característ ica dada pelo gráf ico abaixo. A res istência interna deste gerador é: ( A) 1 / 3 ( B) 30 ( C) 3 ( D) 40 ( E) 300 COLÉGIO ESTADUAL VICENTE RIJO - FÍSICA – 3ª SÉRIE – ENSINO MÉDIO - PROF. PAULO ANGÉLICO - 50 - S É R I E Note que o pó lo posit ivo de uma pi lha deve ser l i gado ao pó lo negativo da segunda pi lha, o posit ivo desta no negativo da terceira e assim por Da mesma fo rma que o s resistores, os gerado res também po dem ser associado s em série o u em paralelo : 81) ) Pilhas de lanterna estão associadas po r f ios metál icos, segundo o s arranjo s . L igando- se resistores entre o s pontos terminais l iv res, pode- se af i rmar que as pi lhas estão eletr icamente em: ( A) paralelo em I , I I , e I I I ( B) paralelo em I I I e IV ( C) série em I , I I , e I I I (D) ) série em IV e V ( E) série em I I I e V 82) ) Um rádio util i za 4 pi lhas de 1 , 5 V e res istência interna de 0 , 5 cada uma. Co nsiderando que as pi lhas estão associadas em série , a fo rça eletromotriz e a res istência interna equivalente são, respectivamente: ( A) 1 , 5 V e 2 ( B) 6 V e 0 , 75 ( C) 6 V e 0 , 25 ( D) 1 , 5 V e 0 , 5 (E) ) 6 V e 2 83) ) A força e le t romotr iz entre os pontos A e B da associação de bater ias abaixo é i gual a: ( A) z ero ( B) 3 V ASSOCIAÇÃO DE GERADORES TESTES COLÉGIO ESTADUAL VICENTE RIJO - FÍSICA – 3ª SÉRIE – ENSINO MÉDIO - PROF. PAULO ANGÉLICO - 51 - (C) ) 9 V (D) ) 15 V (E) ) 27 V 84) ) A força e le t romotr iz equivalente entre o s pontos A e B da associação de pi lhas abaixo é i gual a: (A) ) 1 , 5 V (B) ) 3 , 0 V (C) ) 4 , 5 V (D) ) 6 , 0 V (E) ) 7 , 5 V resistência interna equiva lente. A associação em paralelo só deve ser rea l izada com gerado res de mesma f . e. m . A f . e. m. equivalente terá o mesmo valor da f . e . m. de cada gerador. EXEMPLO COLÉGIO ESTADUAL VICENTE RIJO - FÍSICA – 3ª SÉRIE – ENSINO MÉDIO - PROF. PAULO ANGÉLICO - 52 - Todo ímã possui dois pólos: NORTE e SUL . Pó los magnéticos de mesmo nome se repelem e pólos magnéticos de nomes diferentes se atraem. Os pólo s de um imã são inseparáveis : quebrando um ímã em duas ou mais partes, cada uma delas será um ímã co mpleto. Os ímãs também atraem substâncias como o ferro , o níquel e o co balto. Todos o s fenômeno s magnét icos o r i g inam- se do movimento de cargas e l étr icas. No interio r de um átomo existem e létro ns que efetuam dois t ipo s de movimento: translação ao redor do núcleo ( momento orbital ) e rotação em torno do próprio eixo ( momento de spin ) . O movimento que mais co ntr ibui para a magnetização da matéria é o SPIN do elétron. PROPRIEDADES DOS ÍMÃS ORIGEM DO MAGNETISMO COLÉGIO ESTADUAL VICENTE RIJO - FÍSICA – 3ª SÉRIE – ENSINO MÉDIO - PROF. PAULO ANGÉLICO - 53 - Uma barra de ferro não apresenta pro pr iedades magnéticas po i s o s ímãs e l ementares estão to dos desalinhados : Para tornar a barra magnetizada devemos a l inhar seus ímãs e lementares com o auxí l io de um ímã permanente: Todo ímã po ssui uma região ao seu redor chamada de Campo M agnético . Podemos representar um campo magnético B po r meio de l inhas de indução cujas caracter íst icas são: • as l inhas de indução são fechadas: saem do pó lo norte, penetram no pólo sul e se fecham passando pelo interior do ímã. • a direção da tangente a uma l inha de indução em qualquer po nto no s dá a direção do campo
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