Ficha nº15

Energia transferida para um componente de um circuito elétrico.
         Efeito Joule

Características de um gerador de tensão contínua. Balanço energético num circuito

Associações de componentes elétricos em série e em paralelo

 

1. Um secador de cabelo é constituído por três resistências elétricas, duas de 20 Ω e uma de 40 Ω. O secador pode trabalhar com tensões de 220 V (A) ou de 110 V (B). Quando o secador funciona a uma tensão de 110 V, duas das resistências ficam em curto-circuito e a resistência equivalente passa a ser igual à resistência que não se encontra curto-circuitada.

Mostre que em ambas as situações a potência térmica dissipada tem o mesmo valor.

3. Para limitar a intensidade de corrente num certo troço de um circuito elétrico, intercalaram-se em série dois elementos dissipativos semelhantes ao da figura. A d.d.p. entre os terminais da associação desses dois elementos é de 230 V.

3.1. Em que intervalo pode variar o valor da resistência de cada um dos elementos em causa? Consulte as tabelas em anexo no site.

3.2. Calcule o valor máximo da corrente elétrica que pode existir neste troço do circuito, nas condições descritas.

4. O gráfico ao lado traduz a variação da resistividade do tungsténio, metal utilizado no filamento de lâmpadas incandescentes, em função da temperatura.
O princípio de funcionamento destas lâmpadas baseia-se na emissão de luz, devido ao aumento de temperatura do filamento, que, ao ser percorrido por uma corrente elétrica, promove a transformação de energia elétrica em térmica por efeito Joule.

Com base na informação do gráfico, selecione a afirmação correta.

A. A resistência elétrica de uma lâmpada incandescente mantém-se constante durante o período em que está ligada.

B. A resistência elétrica do tungsténio diminui com aumento da temperatura.

C. A resistência elétrica do tungsténio à temperatura de 2500 ºC é quatro vezes maior do que à temperatura de 500 ºC.

D. A resistividade elétrica é uma propriedade do material e o seu valor mantém-se constante.

5. Três resistências metálicas são associadas e o conjunto ligado a uma pilha. Selecione a opção que completa a afirmação seguinte:

Se a associação for em ... , a diferença de potencial nos terminais de cada resistência é ... diferença de potencial nos terminais da pilha, sendo a corrente que passa em cada uma delas ... corrente à saída do gerador.

(A) série ... igual à ... igual à

(B) série ... maior que a ... igual à

(C) paralelo ... menor que a ... menor que a

(D) paralelo ... igual à ... menor que a

6. Considere um gerador, de força eletromotriz 6 V e resistência interna r = 5 Ω, ligado a uma resistência elétrica R.

6.1. Calcule, para R = 3 Ω :

6.1.1. a potência do gerador Pg ;

6.1.2. a potência, Pu, dissipada na resistência elétrica R;

6.1.3. a potência dissipada no gerador, Pd.

6.2. Indique qual a opção correta: Quando a resistência elétrica R = 3 Ω é substituída por R = 5 Ω.

(A) Pg diminui, Pd diminui, Pu aumenta

(B) Pg diminui, Pd diminui, Pu diminui

(C) Pg aumenta, Pd diminui, Pu aumenta

(D) Pg, Pd e Pu aumentam.

7. Considere uma pilha, com uma resistência interna de 0,45 Ω, que aplica uma tensão elétrica de 1,4 V num circuito elétrico, onde está associada em série com duas lâmpadas iguais, atravessadas por uma corrente elétrica de 0,20 A. Considere que as lâmpadas se comportam como resistências elétricas lineares.

7.1. Apresente uma expressão que traduza o balanço energético no circuito.

7.2. Qual é o valor da resistência elétrica de cada lâmpada?

7.3. Determine a potência dissipada por cada uma das lâmpadas.

7.4. Calcule o valor da força eletromotriz da pilha.

7.5. Mostre que a energia transformada pela pilha pode ser dada pela expressão:

Epilha = Uútil pilha I ∆t + Ri I2 ∆t

7.6. Qual é a energia total transformada pela pilha em dez minutos de funcionamento?

8. A figura A representa a curva característica de um díodo, componente elétrico que permite o fluxo de eletrões apenas num sentido, intercalado num circuito (figura B) com um elemento dissipativo.

8.1. De que forma estão ligados o díodo e o elemento puramente dissipativo?

8.2. Justifique o díodo é um condutor óhmico.

8.3. Qual a resistência do díodo nas condições indicadas na figura?

(A) 1,2 Ω

(C) 2,4 Ω

(B) 2,4 mΩ

(D) 0,6 Ω

8.4. Calcule a corrente marcada no amperímetro intercalado no circuito.

8.5. Se se invertesse a polaridade da pilha, o elemento puramente resistivo dissiparia mais ou menos energia? Justifique.

9. Analisando atentamente os vidros das portas traseiras dos automóveis modernos, observa-se a existência de um conjunto de tiras. Estas tiras são resistências elétricas que estão ligadas ao sistema elétrico do veículo, de modo que possa transformar energia elétrica em energia térmica por efeito Joule, evitando assim o embaciamento do vidro em dias húmidos.

Admita que num dos veículos as tiras se encontram ligadas, de acordo com o esquema seguinte.


9.1 Selecione o esquema que representa corretamente o arranjo de resistências da figura.

9.2 Caso uma das tiras fique danificada, é possível continuar a desembaciar o vidro?

10. O gráfico seguinte traduz a variação da intensidade de corrente elétrica em função da tensão aplicada entre os terminais AB de um condutor filiforme. A área de secção reta e o comprimento do condutor são, respetivamente, 3,6 x 10-5 m2 e 9,0 cm.

Selecione a opção que completa corretamente a frase seguinte.
O condutor é um condutor óhmico e o valor da resistividade é:

A. 0,04 Ω m

B. 25 Ω m

C. 1,0 X 10-3 Ω m

D. 1,0 x 10-5 Ω m

E. 1,0 x 10-6 Ω m

11. Três torradeiras iguais foram compradas num país onde a tensão da rede elétrica é 110 V (valor eficaz). As especificações dos aparelhos são: 500 W, 110 V. Pretende-se usar as torradeiras em Portugal, onde a tensão fornecida pela rede é 230 V (valor eficaz).

a) As resistências das torradeiras alteram-se pelo facto de serem ligadas a tomadas com tensões diferentes? Justifique.

b) Podem ligar-se as torradeiras diretamente à tomada? Justifique.

c) Podem associar-se em paralelo as torradeiras e ligar-se o conjunto à tomada? Justifique.

d) Podem associar-se em série as torradeiras e ligar-se o conjunto à tomada? Justifique.

e) No caso em que se pode fazer a ligação, determine a potência disponibilizada por cada torradeira.

f) Qual é o modo mais prático de usar as torradeiras em Portugal sem fazer qualquer tipo de associação?

12. Considere com atenção o circuito elétrico da figura.

A resistência elétrica R1 mede 4,0 Ω e as resistências elétricas R2 e R3 são iguais e medem 10,0 Ω cada. A diferença de potencial elétrico entre os pontos A e B do circuito, quando o interruptor está aberto, é de 30 V.

Quando se fecha o circuito, o voltímetro regista o valor de 27 V e o amperímetro o valor de 3,0 A.

Determine:

12.1. a força eletromotriz do gerador e a sua resistência elétrica;

12.2. a tensão elétrica nos terminais da resistência R2;

12.3. a corrente elétrica que atravessa a resistên cia R3;

12.4. a potência dissipada, por efeito Joule, no gerador;

12.5. o rendimento do gerador.

13. No circuito apresentado na figura, onde a tensão nos terminais da pilha é U = 7 V, a corrente que atravessa a resistência R1 é I1 = 3 A e os valores de cada uma das resistências elétricas lineares são, R1 = 1 , R2 = 2 , R3 = 4

Determine:

a) a tensão elétrica nos terminais da resistência R1;

b) a corrente medida pelo amperímetro A colocado no circuito;

c) a energia dissipada por efeito joule na resistência R2 durante 1 h de funcionamento do circuito.

14. A uma tomada de 230 V está ligada uma ficha tripla à qual se ligam uma torradeira de 800 W e uma cafeteira elétrica de 1,2 kW.

14.1. Esquematize o circuito elétrico referente à situação descrita.

14.2. Calcule a corrente no circuito principal supondo que os dois eletrodomésticos funcionaram com a potência máxima.

14.3. Quando se ligou a máquina de café na mesma ficha tripla o disjuntor "cortou" a corrente em todas as tomadas da cozinha.

14.3.1. O que é e como funciona um disjuntor?

14.3.2. Calcule a potência mínima da máquina de café, sabendo que o disjuntor está projetado para abrir o circuito com correntes superiores a 15 A.

15. Para transportar uma potência elétrica de 150 MW, numa linha de alta tensão utilizam-se três cabos iguais de um material de resistividade 1,76 x 10-3 Ω m, com comprimento de 300 km e secção de 400 mm2.
Considere que cada cabo de alta tensão é percorrido por uma corrente elétrica eficaz de intensidade igual a 1443 A.

Calcule a potência dissipada, ao fazer o transporte da energia elétrica.

Contactos

© Triplex