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exercícios de eletricidade.

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Exercícios para as turmas do 3 ano da E.E.B. Silva Jardim.

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  • 1. CORRENTEELÉTRICA A corrente elétrica é um movimentoordenado de cargas elementares. A corrente elétrica pode ser umsimples jato de partículas no vácuo,como acontece num cinescópio de TV,em que um feixe de elétrons é lançadocontra a tela. No entanto, na maioriados casos, a corrente elétrica nãoocorre no vácuo, mas sim no interiorde um condutor. Por exemplo,aplicando uma diferença de potencialnum fio metálico, surge nele umacorrente elétrica formada pelomovimento ordenado de elétrons.
  • 2. Não se pode dizer que todo movimento de cargas elétricasseja uma corrente elétrica. No fio metálico, por exemplo,mesmo antes de aplicarmos a diferença de potencial, já existemovimento de cargas elétricas. Todos os elétrons livres estãoem movimento, devido à agitação térmica. No entanto, omovimento é caótico e não há corrente elétrica.
  • 3. Quando aplicamos a diferença de potencial,esse movimento caótico continua a existir,mas a ele se sobrepõe um movimentoordenado, de tal forma que, em média, oselétrons livres do fio passam a se deslocar aolongo deste. É assim que se forma a correnteelétrica. O símbolo convencional para representar aintensidade de corrente elétrica (ou seja, aquantidade de carga Q que flui por unidadede tempo t) é o I, original do alemãoIntensität, que significa intensidade. A unidade padrão no SI para medida deintensidade de corrente é o ampère. Acorrente elétrica é também chamadainformalmente de amperagem.
  • 4. EXERCÍCIOS1. O que é corrente elétrica? Qual o sentido convencional da corrente elétrica e qual o seu sentido real?2. ( (Vunesp-SP) Mediante estímulo, 2 . 105 íons de K+ atravessam a membrana de uma célula nervosa em 1,0 milisegundo. Calcule a intensidade dessa corrente elétrica, sabendo que a carga elementar é 1,6 .10-19C.3. (PUC-SP) Uma lâmpada permanece acesa durante 1h, sendo percorrida por uma corrente elétrica de intensidade igual a 0,5A. A carga do elétron em valor absoluto é 1,6.10-19C.a) Qual a carga elétrica que passou por uma secção de seu filamento?b) Quantos elétrons passaram?
  • 5. 4. Às vezes sentimos um choque elétrico ao morder – por descuido – um pedaço de papel alumínio com um dente que sofre obturação co amálgama. Por que isso acontece? Amálgama é um material, utilizado na odontologia, feito de uma liga de mercúrio, prata e estanho, que por ser resistente a oxidação, tem a finalidade de proporcionar a restauração dos dentes.
  • 6. Isto tem utilidade? Em 1887 foi feito o primeiro eletrocardiograma humano, medindo-se a corrente elétrica que provoca as contrações do coração. Hoje, sabe-se que os músculos são excitados pela corrente elétrica proveniente do tecido nervoso. Pacientes com problemas na frequência cardíaca podem ser tratados pela utilização de um estímulo elétrico externo no músculo cardíaco. Os marca- passos são pequenos aparelhos que estimulam eletricamente o coração.Exercício5. Qual a função do marca-passos?
  • 7. Marca-passos
  • 8. RESISTORResistor é todo dispositivo elétrico que transforma exclusivamenteenergia elétrica em energia térmica.SÍMBOLO
  • 9. Alguns dispositivos elétricos classificadoscomo resistores: ferro elétrico, chuveiro,lâmpada incandescente etc.
  • 10. • A figura mostra o aspecto físico de alguns tipos de resistores•
  • 11. • A figura mostra os tipos mais comuns de resistores variáveis.
  • 12. 1ª Lei de OHM Mantendo-se constantea temperatura do resistor, Usua resistência elétricapermanecera constante. R= i Unidade: Volt/Ampere(ohm,Ω) Resistor ôhmico
  • 13. 2ª LEI DE OHM L A ρ .L R= Aρ = Resistividade do material (ohm.m))
  • 14. Resistividade elétrica é uma medida da oposiçãode um material ao fluxo de corrente elétrica. Quantomais baixa for a resistividade mais facilmente omaterial permite a passagem de uma carga elétrica. A unidade SI da resistividade é o ohm.metro(Ωm). Dependência da temperatura Uma vez que é dependente da temperatura aresistência específica geralmente é apresentada paratemperatura de 20 ºC. No caso dos metais aumentaà medida que aumenta a temperatura enquanto quenos semicondutores diminui à medida que atemperatura aumenta. Conforme o valor da sua resistividade um materialpode ser considerado condutor ou isolante.
  • 15. EXERCÍCIOS6. Os elétrons podem se mover mais facilmente no metal ou no vidro? Explique.7. Cite duas razões para se utilizar fios grossos nas instalações das casas.8. O diâmetro e o comprimento de um fio de cobre são dobrados. O que ocorre com a resistência elétrica do fio?9. Aplica-se uma ddp de 100V nas extremidades de um fio de secção circular de área 2mm² e resistividade elétrica 0,001Ω.m. Sabendo-se que a corrente elétrica que circula tem intensidade 10A, calcule o comprimento total do fio.
  • 16. Isto tem utilidade? Alguns tipos de detectores de mentira funcionam medindo aresistência elétrica do corpo humano. Nosso corpo, por serconstituído em grande parte por água e íons dissolvidos, écondutor elétrico. A resistência do nosso corpo depende devários fatores, como o caminho percorrido pela corrente, o tipode contato que fazemos com os eletrodos, a umidade da peleetc. A teoria diz que, quando mentimos nosso corpo sofrealgumas modificações na sua resistência elétrica. Por exemplo,podemos começar a suar mais e a diminuir a resistênciaelétrica. Os detectores de mentira ficam monitorando continuamente aresistência entre dois pontos do corpo da pessoa submetida aoteste, e indicam os instantes em que ela tem alguma alteraçãosignificativa em sua resistência elétrica. Quando isso ocorre, ésinal de que ela estará um pouco mais nervosa, supostamentedevido alguma mentira.
  • 17. POTÊNCIA ELÉTRICA Muitas vezes, na propaganda de certos produtos deeletrônicos, destaca-se a sua potência. Podemos citar comoexemplos os aparelhos de som, os chuveiros e as fontes dosmicrocomputadores. Sabemos que esses aparelhos necessitam de energiaelétrica para funcionar. Ao receberem essa energia elétrica,eles a transformam em outra forma de energia. No caso dochuveiro, por exemplo, a energia elétrica é transformada emenergia térmica. Quanto mais energia for transformada em um menorintervalo de tempo, maior será a potência do aparelho.Portanto, podemos concluir que potência elétrica é umagrandeza que mede a rapidez com que a energia elétrica étransformada em outra forma de energia..
  • 18. • Define-se potência elétrica como a razão entre a energia elétrica transformada e o intervalo de tempo dessa transformação. Observe o quadro ao lado:
  • 19. Podemostambém calculara potênciaelétrica atravésda através datensão e dacorrente.
  • 20. Potência elétrica dissipada Quando utilizamos algum aparelho que funciona à base de transformação de energia, podemos observar que ele esquenta durante o seu funcionamento. Isso não é diferente quando estamos lidando com aparelhos que funcionam à base de energia elétrica. Esse aquecimento é conhecido como efeito Joule, e ele é fruto das colisões que os elétrons sofrem contra os átomos e íons que pertencem ao condutor. A energia que é drenada nesse aquecimento é chamada de energia dissipada Existem aparelhos que têm como objetivo dissipar toda a energia elétrica e transformá-la em energia térmica. Temos muitos exemplos cotidianos de aparelhos que funcionam assim, o chuveiro, o ferro de passar, o forno elétrico, o secador de cabelo, etc.
  • 21. Se tomarmos a lei deOhm R = U/i, e aequação paracalcularmos a potênciaP = U.i é possíveldeterminar o valor dapotência elétricadissipada. Observe oquadro ao lado:
  • 22. Unidades depotência e energiaelétrica As duas unidadesde potência maisusadas são o watt(W) e o quilowatt(kW). Elas estãorepresentadas noquadro abaixo,assim como aconversão entreelas:
  • 23. EXERCÍCIOS10. (Unb-DF) Um cidadão que morava em Brasília, onde a voltagem é 220V, mudou-se para o Rio de Janeiro, onde a voltagem é de 110V. Para que tenha a mesma potência no chuveiro elétrico, ele deverá modificar sua resistência para:a) ½ da resistência originalb) ¼ da resistência originalc) 2 vezes resistência originald) 4 vezes a resistência originalJustifique sua resposta.11. A ddp existente nas tomadas elétricas de nossas residências é de 110V. Um aquecedor elétrico é ligado a uma tomada. Verificamos que passam pelo aquecedor 200 coulombs em 25 segundos. Determine a potência consumida pelo aquecedor.12. (Fuvest-SP)a) Qual a resistência elétrica de uma lâmpada de 220V e 60W?b) Supondo que a resistência elétrica varia pouco com a temperatura, qual a potência dissipada quando a lâmpada é ligada a uma tomada de 110V?
  • 24. Isto tem utilidade? É muito importante saber qualé a potência de cada aparelho queestamos ligando em uma tomada.Normalmente, os fios e astomadas têm um valor máximo decorrente que podem suportar semse danificar. Quando este valor éexcedido, os fios se aquecem emdemasia, podendo resultar em umderretimento de sua capa isolante.Isto provoca um curto-circuito, queé uma das principais causas deincêndios em residências. Antes de ligar os aparelhos éimportante saber a potência quecada um exige e verificar se asoma das potências não é maiordo que o recomendado natomada.
  • 25. EXERCÍCIOS13. Numa casa são utilizadas 6 lâmpadas elétricas de 100W durante 2 horas por dia, 4 lâmpadas de 60W durante uma hora por dia, um chuveiro elétrico de 100W durante meia hora por dia e uma geladeira de 250W durante 10 horas por dia. Sabendo que o KWh é cobrado à razão de R$ 0,20, determine o custo de energia elétrica consumida por essa casa em trinta dias.14. Uma residência é iluminada por 12 lâmpadas de incandescência, sendo 5 de 100W e 7 de 60W cada.a) Para uma média diária de 3 horas de utilização, qual a energia consumida, em KWh, por essas lâmpadas em um mês?b) Sendo a tensão da instalação de 115V, qual é a corrente tal utilizada pelas lâmpadas?
  • 26. Isto tem utilidade? Na escolha dos fios para as instalações elétricas de umaedificação, é necessário determinar a área (bitola) do fio paraque a resistência seja baixa e, ao mesmo tempo, usar o fiomais fino possível para diminuir os custos: um fio muito grossopossui resistência pequena, mas é mais caro. O fio deve serescolhido de acordo com a corrente máxima que,supostamente, passará por ele. Como vimos, a potência dissipada pelo fio é dada por P = Ri².Um fio fino possui resistência maior e dissipa mais potência doque um fio grosso, ao ser percorrido por uma determinadacorrente. A potência dissipada é a responsável peloaquecimento do fio, e é preciso que o fio dissipe este calor comeficiência, pois – caso contrário- pode haver umsuperaquecimento, derretendo a capa isolante e podendoprovocar curto-circuito na instalação. Por outro lado, quantomaior for o diâmetro do fio, maior será o seu poder dedissipação de calor. Estes fatores combinados determinam acorrente máxima segura que pode passar pelo fio. Levando em consideração o tipo de fio, o tipo de capaisolante e as condições de instalação dos fios (área, enterradaou em tubos), pode-se determinar qual a corrente máximasegura para este fio.
  • 27. Área do fio Corrente(mm²) máxima (A) • Na tabela, mostramos um1 10,5 exemplo para um fio1,5 13 com capa isolante2,5 18 termoplástica, área do fio em mm² e a4 24 corrente máxima6 31 sugerida para sua10 42 utilização (em A).16 5625 7335 8950 108
  • 28. EXERCÍCIOS15. (Unicamp-SP) Um aluno necessita de um resistor que, ligado a uma tomada de 220V, gere 2 200W de potência térmica. Ele constrói o resistor usando fio de resistividade elétrica 2,0 . 106 (Ω.m) e área de secção transversal de 5,0 . 10-² mm². Quantos metros de fio deverão ser utilizados?
  • 29. Supercondutividade Em 1911, Kammerlingh Onnes, que foi o primeiro a conseguir aliquefação do gás hélio que acontece em 4,2 K. Ele estavapesquisando sobre as propriedades de metais sobre temperaturasextremamente baixas banhando em hélio líquido. Durante umdesses experimentos, Onnes descobriu que a resistência domercúrio caia a zero na temperatura perto de 4 K. Com isso, foidescoberto os supercondutores, uma nova classe de condutores.Onnes ganhou o Prêmio Nobel de Física em 1913.Com evolução das pesquisas, a temperatura para que ossupercondutores ocorressem foi aumentando. Até a décadapassada ocorria na ordem dos 28 K. Mas com a descoberta denovos materiais supercondutores, ocorreu um aumentosurpreendente de temperatura para a utilização desupercondutores, com os óxidos cerâmicos, com os fulerenos, osborocarbetos e o composto intermetálico MgBr2. Atualmente orecorde é de 134 K para um óxido de mercúrio, bário, cálcio ecobre.
  • 30. Supercondutores são materiaisque têm resistência elétricapraticamente nula e nos quais acorrente elétrica não perde energiapara o material. Com isso pode-seconstruir equipamentos queaproveitam ao máximo a energiaelétrica disponível, sem que sejatransformada em calor. Meios detransportes, principalmente trenssuspensos por camposmagnéticos, podem usar estatecnologia. O trem japonês, MAGLEV, queusa tecnologia de materiaissupercondutores e atinge mais de500Km/h com segurança.
  • 31. EXERCÍCIOS16. Após leitura do texto – Supercondutividade - responda a questão que se segue: Quando a temperatura do material aumenta também aumenta o grau de agitação dos seus átomos e moléculas. Isso faz com que os elétrons tenham maior dificuldade de transitar por dentro do material. Qual a relação existente entre essa afirmação e a 2º Lei de Ohm.
  • 32. EFEITOS DA CORRENTE ELÉTRICA• efeito joule: liberar calor• efeito magnético: gerar campo magnético• efeito fisiológico: choque• efeito químico: produzir reações químicas• efeito luminoso: gerar luz
  • 33. EXERCÍCIOS17. Um estudante deseja aquecer 1,2 litros de água contida em um recipiente termicamente isolado e de capacidade térmica desprezível, com o auxílio de um resistor R imerso na água e conectado diretamente a uma bateria de 12V e de resistência interna praticamente nula. Calcule R para que a temperatura da água seja elevada de 20ºC para 32ºC em 42 mim.Adote 1 cal = 4,2 J.18. Um ferro elétrico tem resistência ôhmica de 11Ω. Sabendo-se que ele é utilizado durante 1h por dia e que a tensão da rede elétrica é de 110V, qual o consumo, em cal, após 30 dias?Adote 1cal = 4J.19. A corrente elétrica ao passar pelos condutores, pode apresentar cinco efeitos principais. Cite , explique e exemplifique cada um deles.
  • 34. Integrando conceitos: CHOQUES ELÉTRICOS a) Por que o choque ocorre? Quando uma corrente elétrica atravessa nosso corpo, interfere com as correntes internas carregadas pelos nervos e nos dá a sensação de formigamento. Para que isto ocorra, é necessário existir uma diferença de potencial entre dois pontos do corpo: quanto maior esta diferença de potencial, maior a corrente elétrica e maior o choque. Normalmente, um dos pontos são os pés, que estão em contato com o solo, e o outro ponto é o que entra em contato com algum aparelho ou fio. O valor da corrente depende de vários fatores, como a voltagem e a resistência elétrica do caminho que ela percorre pelo corpo. A resistência do corpo humano varia de pessoa para pessoa e depende muito das condições da pele. A resistência do corpo humano molhado é muito menor do que quando seco. Molhado, a resistência baixa, e a corrente que passa pelo corpo pode ser muito alta, mesmo para uma pequena tensão. É interessante notar que os danos causados pelos choques são mais relacionados com a corrente elétrica do que com as voltagem. Choques fatais podem ocorrer com voltagens de apenas 20V.
  • 35. b)Danos ao corpo humano • A tabela indica os valores Quando uma corrente passa pelocorpo, os seguintes efeitos podem de aproximados deocorrer: sensação de formigamento,dor, contração e espasmos musculares, corrente e os danos quealteração nos batimentos cardíacos, causam.parada respiratória, queimaduras emorte. Os danos decorrem do fato de a Corrente(em mA) Danos que acarretammovimentação dos músculos e atransmissão de sinais nervosos se 1 a 10 Leve formigamentodarem pela passagem de pequenas 10 a 20 Dor e fortecorrentes elétricas. ‘formigamento’ Deve ser lembrado que também otrajeto que a corrente percorre no corpo 20 a 100 Convulsões e parada respiratóriahumano é um fator determinante dosdanos causados. Os choques mais 1 Fibrilaçãoperigosos são os recebidos quando sesegura um fio em cada mão, pois ocaminho da corrente passa próximo aocoração. Por isso os eletricistas evitamutilizar as duas mãos ao mesmo tempoquando mexem em um circuito elétricoque pode estar energizado. Acima de 200 Queimaduras e parada cardíaca
  • 36. d) Situações de perigosas e como evitar choques- Lembre-se sempre de que correntes elétricas podem matar e que o número de acidentes é grande.- Ao lidar com fios ou tomadas, certifique-se de que o disjuntor esteja desligado. Mesmo assim antes de tocar em qualquer fio use uma chave- teste para verificar se existe ddp entre o fio e sue corpo.- Tire da tomada qualquer equipamento antes de abri-lo . Não mexa nos circuitos de equipamento sem conhecer detalhadamente a função de cada componente (consertos devem ser feitos por especialistas) já que, mesmo desligados, alguns componentes (como os capacitores) podem causar violentos choques pois armazenam energia.- Evite ao máximo usar aparelhos elétricos no banheiro ou nas proximidades de piscinas. Quando o corpo esta molhado, a condução de eletricidade através dele é facilitada e as chances de você sofrer lesões graves são maiores.- Caso tenha crianças pequenas em casa compre tapadores de tomadas para evitar acidentes.- Só use fios que estejam em perfeitas condições, inclusive para extensões elétricas.- Nunca toque fios que estão na rua, mesmo quando a companhia elétrica indicou que a energia seria cortada.
  • 37. EXERCÍCIOS20. Qual a corrente, em mA, que passa em um chuveiro comum de 2200W de potência, ligado a uma tensão de 220V? Consultando a tabela do ítem b, qual os danos que acarretam um choque com essa amperagem.21. Explique por que devemos evitar usar equipamentos elétricos no banheiro e piscinas.
  • 38. e) O que fazer quando um choque acontece?- Ao atender uma pessoa que levou um choque devemos, em minutos desligar a fonte de energia elétrica. Caso não seja possível desligar a energia, devemos usar um pedaço de madeira seca, por exemplo, para afastar os fios da pessoa. Nunca devemos utilizar canos ou madeira molhada.RESPONDA22. Por que esses materiais não devem ser utilizados?- Após desligar a energia elétrica, devemos pedir ajuda imediatamente. O choque pode causar parada respiratória ou cardíaca.RESPONDA23. Qual o nome do aparelho utilizado em casos de parada cardíaca?
  • 39. Isto tem utilidade? A chave teste é montada no interior de um cabo de uma chave de fenda. A extremidade deste cabo é feita de metal. Um resistor e uma lâmpada de neon são ligados entre esta extremidade e a chave de fenda. Quando colocamos a ponta da chave em contato com o fio que possui tensão (110 ou 220V) e tocamos a parte metálica do cabo, o circuito se fecha e a lâmpada acende, indicando que existe tensão entre o fio e a terra.
  • 40. Isto tem utilidade?O relógio de luz O que comumente chamamos de relógio da luz é na verdade um medidor da energia elétrica consumida na instalação onde é colocado.Como ler o medidor e acompanhar o consumo O medidor é composto por quatro relógios. A leitura é iniciada pelo primeiro deles, localizado à direita de quem o lê. O ponteiro gira no sentido do menor para o maior algarismo.
  • 41. Ao fazer a leitura lêem-se os reloginhos da esquerda para a direita. A leituracorresponde sempre ao último número ultrapassado pelo ponteiro no seu sentidode rotação. Observe que o 1º e o 3º relógios giram no sentido anti-horário,enquanto o 2º e o 4º giram no sentido horário. Por exemplo , suponhamos quenum dado instante, os reloginhos apresentem o seguinte aspecto: KWh A leitura é então: 4.627KWhEssa leitura em si não tem valor significativo. O que interessa é a diferençaentre duas leituras consecutivas, a qual indica o consumo. Geralmente as leiturassão feitas no intervalo de um mês. Por exemplo se a leitura do mês anterior foi de5.273KWh, o consumo no período corresponde à diferença: consumo = 5.273 – 4.627 = 646KWh
  • 42. A “conta de luz” A conta de luz fornecida num período de tempo, geralmente, de um mês marca o consumo medido pela diferença de leituras e é expresso em KWh. Observe o preço do KWh e os impostos que incidem sobre a conta e é possível analisar o consumo de energia elétrica nos diversos meses anteriores.