Problemas Resolvidos de Física Prof. Anderson Coser Gaudio – Depto. Física – UFES

________________________________________________________________________________________________________ Resnick, Halliday, Krane - Física 3 - 4a Ed. - LTC - 1996. Cap. 33 – Circuitos de Corrente Contínua

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RESNICK, HALLIDAY, KRANE, FÍSICA, 4.ED., LTC, RIO DE JANEIRO, 1996.

FÍSICA 3

CAPÍTULO 33 – CIRCUITOS DE CORRENTE CONTÍNUA

13. Uma célula solar gera uma diferença de potencial de 0,10 V quando ligada a um resistor de 500

Ω e uma diferença de potencial de 0,16 V quando ligada a um resistor de 1.000 Ω. Quais são (a) a resistência interna e (b) a fem da célula solar? (c) A área da célula é 5,0 cm2 e a intensidade da luz que a atinge é 2,0 mW/cm2. Qual a eficiência da célula em converter energia da luz em energia interna no resistor de 1.000 Ω? (Pág. 127)

Solução. Considere o seguinte esquema da situação:

(a) Aplicando-se a lei das malhas de Kirchhoff ao circuito da esquerda teremos: 1 1 1 0i R i rε − − =

( )1 1i R rε = + (1)

Fazendo o mesmo para o circuito da direita: ( )2 2i R rε = + (2)

Igualando-se (1) e (2) e resolvendo-se para r:

1 1 2 2

2 1

i R i Rri i−

=−

(3)

Agora temos de calcular as correntes i1 e i2. Para isso basta se utilizar das diferenças de potencial nos terminais dos resistores R1 e R2.

( )( )

41

1

0,10 V2,0 10 A

500 abVi

R−= = = ×

Ω

( )( )

42

2

0,16 V1,6 10 A

1.000 abVi

R−= = = ×

Ω

Substituindo-se esses valores em (3):

( )( ) ( )( )

( ) ( )4 4

2 2

4 4

2,0 10 A 500 1,6 10 A 1.000 1.500

1,6 10 A 2,0 10 A

i Rr

− −

− −

× Ω − × Ω= = Ω

× − ×

r

R1

ε

i1

r

R2

ε

i2

a b a b

Célula solar

Problemas Resolvidos de Física Prof. Anderson Coser Gaudio – Depto. Física – UFES

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1,5 kr ≈ Ω (b) Da Eq. (1), temos:

( ) ( ) ( ) ( )41 1 2,0 10 A 500 1.500 i R rε −= + = × Ω + Ω

0, 40 Vε = (c) A eficiência e da célula é a razão entre a potência dissipada pelo resistor R1 ou R2 (PR) e a potência recebida do Sol pela célula (PS). Esta é o produto da intensidade da luz solar que atinge a célula I e a área A da célula.

( ) ( )

( )

24332 2

3 22

1,6 10 A 1.000 2,56 10

W2,0 10 5,0 cmcm

R

S

P i ReP IA

−−

−

× Ω= = = = ×

×

0, 26 %e ≈