vestibular - apostilas de física - eletricidade - teoria e diversos exercícios

7/21/2019 Vestibular - Apostilas de Física - Eletricidade - Teoria e Diversos Exercícios

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ELETRICIDADE

Carga elétrica

A matéria é formada de pequenas partículas, osátomos. Cada átomo, por sua vez, é constituídode partículas ainda menores, no núcleo: os

prótons e os nêutrons; na eletrosfera: os elétrons.s partículas eletrizadas !elétrons e prótons"c#amamos $car%a elétrica$ .

!&"'létrons

Condutores de eletricidade

()o os meios materiais nos quais #á facilidadede movimento de car%as elétricas, devido a presen*a de $elétrons livres$. '+: fio de core,alumínio, etc. Isolantes de eletricidade()o os meios materiais nos quais n)o #áfacilidade de movimento de car%as elétricas. '+:vidro, orrac#a, madeira seca, etc.

Princípios da eletrostática

$Car%as elétricas de mesmo sinal se repelem e desinais contrários se atraem.$

$-um sistema eletricamente isolado, a soma dascar%as elétricas é constante.$

Corpo neutro & -/ prótons 0 -/ elétronsCorpo positivo & 1 corpo perdeu elétronsCorpo ne%ativo & 1 corpo %an#ou elétrons

Medida da carga elétrica

∆ q 0 & n.e !se #ouver e+cesso de elétrons"∆ q 0 2 n.e !se #ouver falta de elétrons"

e 0 ± 3,4.35&36 C

∆ q 0 quantidade de car%a !C"n 0 número de car%ase 0 car%a elementar !C"

unidade de car%a elétrica no (7 é o coulom !C"

8 usual o empre%o dos sumúltiplos:3 microcoulom 0 3µC 0 35&4C3 milecoulom 0 3mC 0 35&9C

Exercícios

3. -a eletrosfera de um átomo de ma%nésiotemos 3 elétrons. ual a car%a elétrica desua eletrosfera<

. -a eletrosfera de um átomo de nitro%êniotemos 35 elétrons. ual a car%a elétrica desua eletrosfera<

9. =m corpo tem uma car%a i%ual a &9. 35&4 C.uantos elétrons #á em e+cesso nele<

>. 8 dado um corpo eletrizado com car%a 24,>.35&4C. ?etermine o número de elétronsem falta no corpo.

@. uantos elétrons em e+cesso tem um corpoeletrizado com car%a de &34.35&6 C<

Questões4. ual o erro na afirma*)o: $=ma caneta é

considerada neutra eletricamente, pois n)o possui nem car%as positivas nem car%asne%ativas$<

. 1 que acontece quando se acrescentamelétrons em um ponto de um isolante< ' deum condutor<

B. ue tipo de car%a elétrica se movimenta emum fio metálico<

6. 1 que s)o elétrons livres< 'les e+istem nosmateriais condutores ou nos isolantes<

35. uantos tipos de car%a elétrica e+istem nanatureza< Como se denominam<

33. 'm que condi*es temos atra*)o entre duascar%as elétricas< ' em que condi*es elas serepelem<

3. 1 que é li%a*)o terra<3

Drótons!2"

-êutrons!5"

2 2

& &&

2 &



PROCESSOS DE ELETRIZA!O

Eletrização por atritouando dois corpos s)o atritados, pode ocorrer a passa%em de elétrons de um corpo para outro.

plástico

2 2 2 2 2 2 2 2 E E E E E E E E E

perde elétrons recee elétrons

Eletrização por contatouando colocamos dois corpos condutores emcontato, um eletrizado e o outro neutro, podeocorrer a passa%em de elétrons de um para ooutro, fazendo com que o corpo neutro seeletrize.

Antes durante depois

Eletrização por indução

A eletriza*)o de um condutor neutro podeocorrer por simples apro+ima*)o de um corpoeletrizado, sem que #aFa contato entre eles.

Ligação com a Terra$Ao se li%ar um condutor eletrizado G Herra, elese descarre%a.$

&

&

P"#dulo eletrost$tico1 pêndulo eletrostático é constituído de umaesfera leve e pequena. Apro+imando&se umcorpo eletrizado da esfera neutra, ocorrerá ofenImeno da indu*)o eletrostática na esfera e elaserá atraída pelo corpo eletrizado.

Exercícios3. =m corpo A, com car%a A 0 BµC, é

colocado em contato com um corpo J,inicialmente neutro. 'm se%uida, s)oafastados um do outro. (aendo que a car%ado corpo J, após o contato, é de @µ C,calcule a nova car%a do corpo A.

. ?uas esferas metálicas idênticas, de car%as >.35&4C e 4.35&4C, foram colocadas em contato.?etermine a car%a de cada uma após ocontato.

Questões9. Dara evitar a forma*)o de centel#as elétricas,

os camin#es transportadores de %asolinacostumam andar com uma corrente metálicaarrastando&se pelo c#)o. '+plique.

>. (e%urando na m)o uma esfera eletrizada demetal, é possível torná&la eletrizada< Dor quê< Como se deve proceder para eletrizar essa esfera<

@. =m peda*o de orrac#a é atritado em umacerta re%i)o de sua superfície, adquirindouma car%a ne%ativa naquela re%i)o. 'stacar%a se distriuirá na superfície de orrac#a< Dor que<

4. Dor que, em dias úmidos, um corpoeletrizado perde sua car%a com relativarapidez<

. ue partícula é transferida de um corpo parao outro no processo de eletriza*)o por atrito<

0

l) &&&&&&&&EE&&

& & &&

& & & &&

& & & & &

& & & & & & && &

2 &2 &

E E E E E E

2222

& && &&



LEI DE CO%LOM&$As car%as elétricas e+ercem for*as entre si.'ssas for*as oedecem ao princípio da a*)o erea*)o, ou seFa, têm a mesma intensidade, amesma dire*)o e sentidos opostos.$

3

K K

d

:

:3

d

;.;L K =

K0 for*a de intera*)o entre as car%as !-" 0 car%a !C"d 0 distMncia entre as car%as !m"L 0 constante eletrostática !-.mNC"L vácuo 0 6.356 -.mNC

Exercícios3. ?ois corpos foram eletrizados

positivamente. =m dos corpos ficou comuma car%a de 35&@ C e o outro com umacar%a de 35&C. ?etermine a for*a derepuls)o que aparecerá entre eles, se foremcolocados a uma distMncia de 35&9 m um dooutro. Considere L vácuo 0 6.356 -.mNC

. ?uas car%as de B.35&>C e .35&9C est)oseparadas por 4 m, no vácuo. Calcule ovalor da for*a de repuls)o entre elas.

9. ?uas car%as elétricas 3 0 35.35&4C e 0&.35&4C est)o situadas no vácuo e separadas por uma distMncia de 5, m. ual é o valor da for*a de atra*)o entre elas<

>. =ma car%a de 35&3 C é colocada a umadistMncia de 35&@ m de uma car%a . 'ntreas car%as aparece uma for*a de atra*)o

i%ual a .35&>

-. ?etermine o valor dacar%a . Considere L vácuo 0 6.356 -.mNC

@. =ma car%a de 35&6 C é colocada a umadistMncia de .35& m de uma car%a . 'ntreas car%as aparece uma for*a de atra*)oi%ual a 6.35&@ -. ?etermine o valor da car%a. Considere L vácuo 0 6.356 -.mNC

4. A que distMncia no vácuo devem ser colocadas duas car%as positivas e i%uais a

35&>C, para que a for*a elétrica de repuls)oentre elas ten#a intensidade 35 -<

. Colocam&se no vácuo duas car%as elétricasi%uais a uma distMncia de m uma da outra.A intensidade da for*a de repuls)o entreelas é de 9,4.35 -. ?etermine o valor dascar%as.

B.

?uas car%as elétricas puntiformes positivase i%uais a est)o situadas no vácuo a mde distMncia, (aendo que a for*a derepuls)o mútua tem intensidade 5,3 -,calcule .

Questões6. 8 possível uma car%a elétrica ser atraída por

três outras car%as fi+as e permanecer emequilírio< Ka*a um esquema Fustificando aresposta.

35. ?escreva o método utilizado por Coulom para medir a for*a elétrica.

33. A for*a de intera*)o elétrica oedece ao princípio da a*)o e rea*)o<

Exercícios co'(le'e#tares3. A distMncia entre um elétron e o próton no

átomo de #idro%ênio é da ordem de @,9.35&

33m. ?etermine a a for*a de atra*)oeletrostática entre as partículas.

39. =ma pequena esfera recee uma car%a de>5µ C e outra esfera, de diMmetro i%ual,recee uma car%a &35µC. As esferas s)ocolocadas em contato e afastadas de @.35&

m. ?etermine a for*a de intera*)o entreelas.

3>. ?uas car%as puntiformes 3 0 35&4 C e 0>.35&4 C est)o fi+as nos pontos A e J eseparadas pela distMncia de 5,9 m no vácuo.?etermine a for*a elétrica resultante soreuma terceira car%a 9 0 .35&4 C, colocadano ponto médio do se%mento AJ.

3 9

d dA J

9

2 2

2 22



CAMPO EL)TRICO$'+iste uma re%i)o de influência da car%a onde qualquer car%a de prova q, nela colocada,estará so a a*)o de uma for*a de ori%emelétrica. A essa re%i)o c#amamos de campoelétrico.$

' '

1 campo elétrico ' é uma %randeza vetorial.A unidade de ' no (7 é -NC.

q

K'=

' 0 7ntensidade do campo elétrico !-NC"K 0 Kor*a !-"q 0 car%a de prova !C"

Orie#ta*+o do ca'(o elétrico

2q '

'

K

&q '

'

K

' 2q '

K

' &q '

K

Exercícios3. Calcule o valor do campo elétrico num ponto

do espa*o, saendo que uma for*a de B-

atua sore uma car%a de C situada nesse ponto.

. ?evido ao campo elétrico %erado por umacar%a , a car%a q 0 2.35&@ fica sumetida Gfor*a elétrica K 0 >.35& -. ?etermine o valor desse campo elétrico.

9. 1 corpo eletrizado , positivo, produz num

ponto D o campo elétrico'

, de intensidade.35@ -NC. Calcule a intensidade da for*a produzida numa car%a positiva q 0 >.35&4 Ccolocada em D.

>. 'm um ponto do espa*o, o vetor campoelétrico tem intensidade 9,4.359 -NC. =macar%a puntiforme de 3.35&@ C colocada nesse ponto sofre a a*)o de uma for*a elétrica.Calcule a intensidade da for*a.

@. =ma car%a de prova q 0 &9.35&4 C, colocadana presen*a de um campo elétrico ' , ficasuFeita a uma for*a elétrica de intensidade6-, #orizontal, da direita para a esquerda.?etermine a intensidade do vetor campoelétrico e sua orienta*)o.

4. -um ponto de um campo elétrico, o vetor campo elétrico tem dire*)o vertical, sentido para ai+o e intensidade @.359 -NC. Coloca&se, neste ponto, uma pequena esfera de peso.35&9 - e eletrizada com car%adescon#ecida. (aendo que a pequena esferafica em equilírio, determine: a" Aintensidade, a dire*)o e o sentido da for*aelétrica que atua na car%a; " 1 valor dacar%a.

. (ore uma car%a de C, situada num ponto D,a%e uma for*a de 4-. -o mesmo ponto, sesustituirmos a car%a de por uma outra de9C, qual será o valor da for*a sore ela<

B. (ore uma car%a de >C, situada num ponto D,atua uma for*a de B-. (e sustituirmos acar%a de >C por uma outra de @C, qual será aintensidade da for*a sore essa car%a quandocolocada no ponto D<

Questões6. 1 que acontece com um corpo eletrizado

quando colocado numa re%i)o onde e+isteum campo elétrico<

Ca'(o elétrico de u'a carga (u#ti,or'e$1 vetor campo elétrico em um ponto Dindepende da car%a de prova nele colocada.$

>

2

2

&

&

2 &



'

D d

:d

;L ' =

0 car%a que %era o campo !C"d 0 distMncia da car%a ao ponto DL 0 constante eletrostática !-.mNC"L vácuo 0 6.356 -.mNC

Exercícios3. Calcule o campo elétrico criado por uma

car%a 0 .35&4 C, situada no vácuo, em um ponto distante 9.35& m de .

. Calcule o campo elétrico %erado por uma

car%a 0 & >.35&4 C, situada no vácuo, emum ponto distante 5,4m de . Ka*a tamémum esquema representando a car%a e ovetor campo elétrico.

9. =ma car%a , positiva, %era no espa*o umcampo elétrico. -um ponto D, a 5,@m dela ocampo elétrico tem intensidade ' 0 3>,>.354

-NC. (endo o meio o vácuo, determine .>. Considere uma car%a , fi+a, de &@.35&4 C, no

vácuo. a" ?etermine o campo elétrico criado por essa car%a num ponto A localizado a 5,

m da car%a; " ?etermine a for*a elétrica queatua sore uma car%a q 0 >.35&4 C, colocadano ponto A.

@. 1 dia%rama representa a intensidade docampo elétrico, ori%inado por uma car%a ,fi+a, no vácuo, em fun*)o da distMncia Gcar%a. ?etermine: a" o valor da car%a , queori%ina o campo; " o valor do campoelétrico situado num ponto D, a 5,@ m dacar%a .

' !-NC"

@,>.354

5,3 d!m"E-ER.IA POTE-CIAL EL)TRICA$'ner%ia potencial corresponde a capacidade dafor*a elétrica realizar traal#o.$

q

d

d

q.;L 'D =

'D 0 'ner%ia potencial elétrica !O" 0 car%a elétrica !C"q 0 car%a de prova !C"d 0 distMncia entre as car%as !m"L 0 constante eletrostática !-.mNC"L vácuo 0 6.356 -.mNC

A ener%ia potencial é uma %randeza escalar. -o (7, a ener%ia é medida em Ooule ! O ".

Exercícios4. -o campo elétrico produzido por uma car%a

pontual 0 9.35& C, qual é a ener%ia potencial elétrica de uma car%a q 0 9.35& C,colocada a 3.35& m de < Considere ascar%as no vácuo.

. -o campo produzido por uma car%a pontual 0 @.35&9 C, qual é a ener%ia potencialelétrica de uma car%a q 0 & >.35 &B C, situada a6.35& m de < Considere as car%as no vácuo.

QuestõesB. ?o ponto de vista ener%ético, qual a

semel#an*a entre dois locos unidos por umamola, comprimida entre eles, e dois oFetos pró+imos, eletrizados com car%as de mesmosinal<

6. uando uma car%a elétrica se apro+ima deoutra de sinal contrário, a sua ener%ia potencial elétrica aumenta ou diminui<

35. uando uma car%a elétrica se afasta de outradevido G repuls)o mútua, a ener%ia potencial

elétrica aumenta ou diminui< uanto vale aener%ia potencial no infinito<

POTE-CIAL EL)TRICO$Com rela*)o a um campo elétrico, interessa&nos a capacidade de realizar traal#o, associadaao campo em si, independentemente do valor da car%a q colocada num ponto D desse campo.$

@

22 2



D

d

q

'P D=

d

;.L P =

1 potencial elétrico, P, é uma %randeza escalar. -o (7, o potencial é medido em volt !P"

Exercícios3. A ener%ia potencial elétrica de uma car%a q,

situada no ponto D de um campo elétrico,vale >5 O. Calcule o potencial elétrico no ponto D, quando q 0 @µC.

. A ener%ia potencial elétrica de uma car%a q,situada no ponto D de um campo elétricovale &5 O. Calcule o potencial elétrico no ponto D, quando q 0 5,5@ C.

9. =ma car%a tem um potencial de 3 P emum ponto D. ual é a ener%ia potencialelétrica de uma car%a q 0 @µC, colocadano ponto D<

>. -o campo elétrico produzido por uma car%a pontual 0 >.35& C, calcule o potencialelétrico em um ponto D, situado a m de .

1 meio é o vácuo.@. ?etermine a ener%ia potencial elétrica que

uma car%a de @µC adquire a 5,3m de umacar%a de 5,µC, localizada no vácuo.

4. -o campo elétrico criado por uma car%aelétrica 0 9µC, determine: a" o potencialelétrico num ponto D situado a 5,9 m dacar%a ; " a ener%ia potencial elétrica queuma car%a q0 µC adquire no ponto D. 1meio é o vácuo.

POTE-CIAL PROD%ZIDO POR /0RIASCAR.AS$Dara otermos o potencial produzido por várias car%as num mesmo ponto D, calculamosinicialmente o potencial que cada uma produziria se estivesse sozin#a, a se%uir somamos os potenciais calculados.$

Dd3

3 d9 d

9

3

33

d

;.L P = ,

:

::

d

;.L P = , etc

PD 0 PQ 2 P 2 P9

Exercícios. Calcule o potencial do ponto D da fi%ura

aai+o. ?ados: 3 0 35.35&4 C; 0 &95.35&

4C; 9 0 @.35&4C. 1 meio é o vácuo

D3m

3 3mm

9

B. As car%as da fi%ura aai+o est)o alin#adas

sore uma reta. ?etermine o potencialelétrico do ponto D.

3 0 .35&9C 0 &@.35&9C 904.35&9C

D3m 3m 3m

RELA!O E-TRE TRA&AL1O EDI2ERE-A DE POTE-CIAL 3DDP4$1 traal#o realizado pela for*a elétrica, nodeslocamento de uma car%a q de um ponto Aaté um ponto J, pode ser calculado a partir dos potenciais dos pontos A e J.$

A J

4

2

2

&

2

2

&

2

2

&2 2



q

AJτ 0 q !PA & PJ" AJ

τ 0 q.=

= 0 diferen*a de potencial !ddp", medido emvolts.= 0 PA & PJ

Exercícios3. ?eterminar o traal#o realizado pela for*a

elétrica para transportar uma car%a q 0 4.35&

4 C de um ponto A até um ponto J, cuFos potenciais s)o, respectivamente, 45P e >5P.

. =ma partícula eletrizada com car%a q0,@µC encontra&se num campo elétrico. A

partícula é deslocada de um ponto A!PA095P" até um ponto J !PJ03BP". ual

o traal#o da for*a elétrica<9. -um campo elétrico, transporta&se umacar%a q de .35&4C de ponto R até um pontoS. 1 traal#o da for*a elétrica é de &4.35&@O.?etermine a ddp entre os pontos R e S.

>. -o campo elétrico de car%a 09µC s)odados dois pontos, A e J, conforme a fi%uraaai+o. ?etermine: a" os potenciaiselétricos de A e de J; " o traal#o da for*aelétrica que atua sore uma car%a elétrica q0 3µC, no deslocamento de A para J. 1

meio é o vácuo.

2 A J

q

5,9m 5,4m

CORRE-TE EL)TRICA

$As car%as elétricas em movimento ordenadoconstituem a corrente elétrica. As car%aselétricas que constituem a corrente elétrica s)oos elétrons livres, no caso do sólido, e os íons,no caso dos fluídos.$

I#te#sidade da corre#te elétrica

t

qi

∆

∆=

∆ q 0 n.e

i 0 corrente elétrica !A"

∆ q 0 car%a elétrica !C"∆ t 0 tempo !s"n 0 número de car%ase 0 car%a elementar !C"e 0 3,4.35&36 C

=nidade de corrente elétrica no (7 é ampTre!A"

Ti(os de corre#te

- Corrente contínua8 aquela cuFo sentido se mantém constante.'+: corrente de uma ateria de carro, pil#a, etc.- Corrente alternada

8 aquela cuFo sentido varia alternadamente.'+: corrente usada nas residências.

Pro(riedade gr$,ica$-o %ráfico da corrente em fun*)o do tempo, aárea so a curva, é numericamente i%ual a

quantidade de car%a que atravessa o condutor.$

i !A"

i A A 0 ∆ q

5 t3 t t !s"Exercícios3. Dor uma sec*)o transversal de um fio de

core passam 5C de car%a em se%undos.ual é a corrente elétrica<

. 'm cada minuto, a sec*)o transversal de umcondutor metálico é atravessada por umaquantidade de car%a elétrica de 3C. ual acorrente elétrica que percorre o condutor<

9. 1 filamento de uma lMmpada é percorrido por uma corrente de A. Calcule a car%a

2



elétrica que passa pelo filamento em 5se%undos.

>. =m condutor metálico é percorrido por umacorrente de 35.35&9A. ual o intervalo detempo necessário para que uma quantidadede car%a elétrica i%ual a 9C atravesse umasec*)o transversal do condutor<

@. Dela sec*)o transversal de um condutor metálico passam 4.355 elétrons durante s.ual a corrente elétrica que atravessa ocondutor< 8 dada a car%a elétrica elementar:e 0 3,4.35&36 C.

4. =m condutor metálico é percorrido por uma corrente elétrica contínua de BA.?etermine o número de elétrons queatravessam uma sec*)o transversal docondutor em @s. 8 dada a car%a elétricaelementar: e 0 3,4.35&36 C.

. =m condutor é percorrido por uma correntede intensidade 5A. Calcule o número deelétrons que passam por uma sec*)otransversal do condutor em 3s !e 0 3,4.35&36

C".B. 1 %ráfico aai+o ilustra a varia*)o da

corrente elétrica em um fio condutor, emfun*)o do tempo. ual é a car%a elétricaque passa por uma sec*)o transversal dessecondutor, em @s<

i !A" 95

5 @ t !s"

6. 1 %ráfico aai+o representa a correnteelétrica em um fio condutor, em fun*)o dotempo. ual é a car%a elétrica que passa por uma sec*)o transversal desse condutor, em9s<

i !A" 4

5 3 9 t !s"

35. -o %ráfico tem&se a intensidade da correnteelétrica através de um condutor em fun*)odo tempo. ?etermine a car%a que passa por uma sec*)o transversal do condutor em Bs.

i !A"

4

5 > B t !s"

Questões3. Dor que al%uns elétrons receem a

denomina*)o de elétrons livres<. 1 que diferencia a corrente elétrica

produzida por uma pil#a da corrente elétrica produzida numa usina #idrelétrica<

9. ?i%a, com suas palavras, o que é umacorrente elétrica.

>. 1 que é necessário para ser estaelecida umacorrente elétrica num fio condutor<

@. 'm que é usada a fita isolante< Dor quê<

Exercícios co'(le'e#tares33. A corrente elétrica de um aquecedor elétrico

é ,@ A. ual a quantidade de car%a elétrica

que passa pelo aquecedor em 95 se%undos<3. =m fio é atravessado por .355 elétrons em

5s. ual a intensidade da corrente elétricanesse fio<

39. =ma lMmpada de lanterna é atravessada por uma car%a de 65 C no intervalo de tempo de3 minuto. ual a intensidade da corrente,em ampTre<

E2EITOS DA CORRE-TE EL)TRICA

-a passa%em de uma corrente por um condutor oservam&se al%uns efeitos, que veremos ase%uir.

a" E,eito tér'ico ou e,eito 5ouleualquer condutor sofre um aquecimento ao ser atravessado por uma corrente elétrica.

B



'sse efeito é a ase de funcionamento dosaquecedores elétricos, c#uveiros elétricos,secadores de caelo, lMmpadas térmicas etc.

" E,eito lu'i#oso'm determinadas condi*es, a passa%em dacorrente elétrica através de um %ás rarefeito faz

com que ele emita luz. As lMmpadasfluorescentes e os anúncios luminosos. s)oaplica*es desse efeito. -eles #á atransforma*)o direta de ener%ia elétrica emener%ia luminosa.

c" E,eito 'ag#ético=m condutor percorrido por uma correnteelétrica cria, na re%i)o pró+ima a ele, um campoma%nético. 'ste é um dos efeitos maisimportantes, constituindo a ase dofuncionamento dos motores, transformadores,relés etc.

d" E,eito 6uí'ico=ma solu*)o eletrolítica sofre decomposi*)o,quando é atravessada por uma corrente elétrica.8 a eletrólise. 'sse efeito é utilizado, por e+emplo, no revestimento de metais: croma%em,niquela*)o etc.

Questões3. Dor meio de qual processo se otém luz

numa lMmpada de filamento<. Cite um e+emplo onde o aquecimento de um

fio condutor é inconveniente. Cite ume+emplo onde o aquecimento é deseFável.

9. ual a propriedade da corrente elétrica que permitiu a constru*)o dos primeirosinstrumentos de medida<

>. Compare as lMmpadas incandescentes e aslMmpadas fluorescentes e estaele*a asvanta%ens e desvanta%ens de cada um dostipos.

ELEME-TOS DE %M CIRC%ITOEL)TRICO

Dara se estaelecer uma corrente elétrica s)onecessários, asicamente: um %erador de ener%iaelétrica, um condutor em circuito fec#ado e umelemento para utilizar a ener%ia produzida pelo%erador. A esse conFunto denominamos circuitoelétrico.

lMmpada i

C#ave fontea" .erador elétrico8 um dispositivo capaz de transformar emener%ia elétrica outra modalidade de ener%ia. 1%erador n)o %era ou cria car%as elétricas. (uafun*)o é fornecer ener%ia Gs car%as elétricas queo atravessam. 7ndustrialmente, os %eradores maiscomuns s)o os químicos e os mecMnicos.U Químicos: aqueles que transformam ener%iaquímica em ener%ia elétrica. '+emplos: pil#a e ateria.U Mecnicos: aqueles que transformam ener%iamecMnica em elétrica. '+emplo: dínamo demotor de automóvel.

i 2 &

" Rece(tor elétrico8 um dispositivo que transforma ener%ia elétricaem outra modalidade de ener%ia, n)oe+clusivamente térmica. 1 principal receptor é omotor elétrico, que transforma ener%ia elétricaem mecMnica, além da parcela de ener%iadissipada so a forma de calor.

i 2 &

c" Resistor elétrico8 um dispositivo que transforma toda a ener%iaelétrica consumida inte%ralmente em calor.Como e+emplo, podemos citar os aquecedores, oferro elétrico, o c#uveiro elétrico, a lMmpadacomum e os fios condutores em %eral.

6



d" Dis(ositi7os de 'a#o8ra()o elementos que servem para acionar oudesli%ar um circuito elétrico. Dor e+emplo, asc#aves e os interruptores.

e" Dis(ositi7os de segura#*a()o dispositivos que, ao serem atravessados por uma corrente de intensidade maior que a prevista, interrompem a passa%em da correnteelétrica, preservando da destrui*)o os demaiselementos do circuito. 1s mais comuns s)o osfusíveis e os disFuntores.

f" Dis(ositi7os de co#trole()o utilizados nos circuitos elétricos paramedir a intensidade da corrente elétricae a ddp e+istentes entre dois pontos, ou,simplesmente, para detectá&las. 1s mais comunss)o o amperímetro e o voltímetroU Amperímetro: aparel#o que serve para medir aintensidade da corrente elétrica.

U !oltímetro: aparel#o utilizado para medir adiferen*a de potencial entre dois pontos de umcircuito elétrico.

RESISTORES$Vesistores s)o elementos de circuito queconsomem ener%ia elétrica, convertendo&ainte%ralmente em ener%ia térmica.$

Lei de O9' V i

== 0 V.i

= 0 !ddp" diferen*a de potencial !P"V 0 resistência elétrica !Ω "i 0 corrente elétrica !A"

-o (7, a unidade de resistência elétrica é o o#m!Ω "

Cur7a característica de u' resistor :9'ico

=

=9

=

=3

5 i3 i i9 i

V i

== !constante"

Exercícios3. =m c#uveiro elétrico é sumetido a uma

ddp de 5P, sendo percorrido por umacorrente elétrica de 35A. ual é aresistência elétrica do c#uveiro<

. ?etermine a ddp que deve ser aplicada aum resistor de resistência 4Ω para ser atravessado por uma corrente elétrica deA.

9. =ma lMmpada incandescente é sumetida auma ddp de 335P, sendo percorrida por umacorrente elétrica de @,@A. ual é, nessascondi*es, o valor da resistência elétrica do

filamento da lMmpada.>. -os e+tremos de um resistor de 55Ω ,

aplica&se uma ddp de 355P. ual a correnteelétrica que percorre o resistor<

@. =m resistor I#mico, quando sumetido auma ddp de 5P, é percorrido por umacorrente elétrica de > A. Dara que o resistor seFa percorrido por uma corrente elétrica de9A, que ddp deve ser aplicada a ele<

35

A

P



4. A curva característica de um resistor I#mico é dada aai+o. ?etermine suaresistência elétrica.

= !P"

@

35

5 @ i !A"

. A curva característica de um resistor I#mico é dada aai+o. ?etermine suaresistência elétrica V e o valor de i.

= !P"

355

>5

5 > i i !A"

B. A curva característica de um resistor é dadaaai+o. ?etermine sua resistência elétrica V e o valor de = e i.

= !P"=

B

9

5 i3 > i !A"

POT;-CIA DISSIPADA -O RESISTOR

D 0 =.i D 0 V.i V

=D

:

=

=nidade de potência no (7: W !Xatt"

Exercícios

6. uando uma lMmpada é li%ada a uma tens)ode 35P, a corrente que flui pelo filamentoda lMmpada vale 3A. ual a potência dalMmpada<

35. Calcule a corrente que percorre o filamentode uma lMmpada de 35P e 45W.

33. 'm um resistor, de resistência i%ual a 35Ω ,

passa uma corrente com intensidade de A.Calcule a potência dissipada no resistor.3. ?e acordo com o faricante, um

determinado resistor de 355Ω podedissipar, no má+imo, potência de 3 W. ualé a corrente má+ima que pode atravessar esse resistor<

39. -um certo carro, o acendedor de ci%arrostem potência de >BW. A ddp no sistemaelétrico desse carro é 3P. ual é aresistência elétrica do acendedor de

ci%arros<3>. (o tens)o de 35P, um determinado resistor

dissipa @W de potência. ual é a resistênciadesse resistor<

Questões3@. =ma lMmpada de filamento apresenta o

valor escrito sore o vidro !>5W, 45W,355W". ual o si%nificado desse valor<

34. que acontecerá se li%armos uma lMmpada

com as inscri*es !45W&335P" na tens)o5P. Dor quê<3. 1 que seria um condutor elétrico ideal< Pocê

ac#a que os fios da instala*)o de sua casa podem ser considerados condutores ideais<

3B. Como você e+plica o aquecimento de fiosmetálicos, quando uma corrente elétrica passa por eles<

36. 7ndique a principal transforma*)o de ener%iaque ocorre com o funcionamento de: umc#uveiro; um liquidificador; uma lMmpada

incandescente.E-ER.IA CO-S%MIDA

' 0 D.∆ t

' 0 ener%ia !O, LW#"D 0 potência !W"∆ t 0 tempo !s"

33



-o (7 a unidade de ener%ia é o Foule !O", mastamém é muito utilizado o YW#.3YW# é a ener%ia consumida, com potência de3YW, durante 3 #ora.

Exercícios3. ual é o consumo de ener%ia, durante um

mês, em YW#, de um c#uveiro de >555W,que é utilizado meia #ora por dia<

. ual é o consumo de ener%ia, em YW# deuma lMmpada de 45W que fica acesa @# por dia durante os 95 dias do mês<

9. 'm um ferro elétrico, lê&se a inscri*)o455W&35P. 7sso si%nifica que, quando oferro elétrico estiver li%ado a uma tens)o de35P, a potência desenvolvida será de455W. Calcule a ener%ia elétrica !em YW#"consumida em #.

>. =ma torradeira dissipa uma potência de9555W. 'la é utilizada durante 5,@#. Dede&se: a" a ener%ia elétrica consumida em YW#; " o custo da opera*)o, considerando o pre*o do YW# i%ual a VZ 5,3.

@. =ma lMmpada de 355W permanece acesadurante 5#. a" ?etermine a ener%ia elétricaconsumida em YW#; " ?etermine o custoque essa lMmpada representa considerando o pre*o do YW# i%ual a VZ 5,3.

4. =m ferro elétrico consome uma potência de3355W quando li%ado a uma tens)o de335P. a" ual a ener%ia consumida !emYW#" em #oras; " ual é o custo daopera*)o para #oras, saendo que o pre*odo YW# é de VZ 5,3<

. =m fio de resistência elétrica i%ual a @5Ωé sumetido a uma ddp de 5P. ual aener%ia dissipada no fio em 3 minuto<

ASSOCIA!O DE RESISTORES

Associa*+o de resistores e' série$Pários resistores est)o associados em sériequando s)o li%ados um em se%uida do outro, demodo a serem percorridos pela mesmacorrente.$ i V 3 V V 9

=3 = =9

i V eq

=

V eq 0 resistência equivalente !Ω "= 0 ddp da associa*)o !P"

= 0 =3 2 = 2 =9

i 0 i3 0 i 0 i9

V eq 0 V 3 2 V 2 V 9

Exercícios3. Considere a associa*)o em série de

resistores esquematizada aai+o. ?etermine:a" a resistência equivalente da associa*)o; "a corrente elétrica i; c" a ddp em cadaresistor.

V 30Ω V 0>Ω V 904Ω A J

=094P

. -a associa*)o representada aai+o, aresistência do resistor equivalente entre os pontos A e J vale BΩ . Calcule o valor daresistência V 3.

V 3 35Ω >Ω 4Ω

A J

9. =m fo%)o elétrico, contém duas resistênciasi%uais de @5Ω . ?etermine a resistênciaequivalente da associa*)o quando essasresistências forem associadas em série.

>. A intensidade da corrente que atravessa osresistores da fi%ura aai+o vale 5,@ A.Calcule: a" a resistência equivalente; " addp em cada resistor; c" a ddp total.

3



V 30 4Ω V 0Ω

V 90>Ω @. Associam&se em série dois resistores, sendo

V 3035Ω e V 03@Ω . A ddp entre ose+tremos da associa*)o é de 355P.

?etermine: a" a resistência equivalente daassocia*)o; " a corrente que atravessa osresistores; c" a ddp em cada resistor.

4. ?uas resistências V 3 0 3Ω e V 0 Ω est)oli%adas em série a uma ateria de 3 P.Calcule: a" a resistência equivalente; " acorrente total do circuito.

Associa*+o de resistores e' (aralelo$Pários resistores est)o associados em paraleloquando s)o li%ados pelos terminais de modo

que fiquem sumetidos G mesma ddp.$ i3 V 3

i i V

i9 V 9

=

i V eq

=V eq0 resistência equivalente !Ω "= 0 ddp da associa*)o !P"= 0 =3 0 = 0 =9

i 0 i3 2 i 2 i9

9:3eq V

3

V

3

V

3

V

3++=

Exercícios. ?uas resistências V 3 0 Ω e V 0 9Ω est)o

li%adas em paralelo a uma ateria de 3 P.Calcule: a" a resistência equivalente daassocia*)o; " as correntes i3 e i; c " acorrente total do circuito.

B. Calcule o resistor equivalente da associa*)orepresentada pela fi%ura aai+o.

V 30Ω

V 09Ω

V 904Ω

6. =m fo%)o elétrico, contém duas resistênciasi%uais de @5Ω . ?etermine a resistênciaequivalente da associa*)o quando essasresistências forem associadas em paralelo.

35. Calcule o valor da resistência V 3, saendoque a resistência equivalente da associa*)ovale >Ω .

V 3

V 03Ω

33. -a associa*)o da fi%ura, a corrente que passa por V 3 é 9A. Calcule: a" a resistênciaequivalente; " a corrente que passa por V .

i3 V 30 BΩ

i V 03Ω

3. -o circuito esquematizado aai+o determinea resistência equivalente entre A e J.

A 3@Ω

35Ω J

Associa*+o 'ista de resistores

Exercícios3. ?etermine a resistência equivalente das

associa*es esquematizadas a se%uir.a" V 304Ω V 9035Ω

39



V 03Ω

" V 30Ω

V 0@Ω V >0@Ω

V 9035Ω

c" 9Ω 9Ω

9Ω

d" Ω

3@Ω 35Ω

Ω

e" 3Ω Ω

35Ω 4Ω

>Ω Ω

Leituras #o A'(erí'etro e #o /oltí'etro

- Amperímetro ideal : n)o tem resistênciainterna !é li%ado em série".

- !oltímetro ideal : tem resistência internainfinitamente %rande !é li%ado em paralelo".

.erador elétrico

$[evando&se em conta a resistência interna do%erador, perceemos que a ddp = entre osterminais é menor do que a for*a eletromotriz!fem", devido G perda de ddp na resistênciainterna.$

i & 2 r

'

=

= 0 ' & r.i

Circuitos elétricos

∑

∑=

V

'i

∑' 0 soma de todas as for*as eletromotrizesdo circuito.∑V 0 soma de as resistências do mesmocircuito.

Exercícios. ?etermine a intensidade da corrente que

circula em cada um dos circuitos aai+o.

a" 5P Ω

i

95Ω Ω

3Ω >5P

" @5P Ω

9Ω 3@Ω

@Ω i

3>



9. uais as leituras do amperímetro e dovoltímetro no circuito aai+o<

Ω 9Ω @5P 3Ω >Ω

>. -o circuito da fi%ura, calcule a leitura dovoltímetro ideal P.

V 0Ω '0>P

V 035Ω

@. ?etermine o valor da resistênciadescon#ecida em cada um dos circuitosaai+o.

a" 355P r

35Ω 35Ω

5Ω i 0 Aa" 4Ω 5P

V Ω

i05,@A 95P >Ω

4. Calcule o valor de cada uma das correntesnos circuitos aai+o.

a" i >P

i3 4Ω

i 9Ω

" i P

i3 3Ω

i 4Ω

Questões. Dor que nas instala*es elétricas residenciais

as li%a*es s)o todas feitas em paralelo<B. '+plique a fun*)o de um fusível em um

circuito elétrico.6. -um prédio #avia muito prolema com

queima de fusíveis. =m eletricista de esquinadeu uma solu*)o em econImica: trocoutodos os fusíveis, colocando fusíveis quesuportam maior corrente. 1 que você ac#adessa solu*)o<

35. Cite três e+emplos de %eradores deeletricidade.

CAMPO MA.-)TICO$Campo ma%nético é toda re%i)o ao redor de umim) ou de um condutor percorrido por correnteelétrica.$

3@

P

A

P

- (



- Dólos ma%néticos de mesmo nome serepelem e de nomes constrários se atraem.

- (e seccionarmos um im) ao meio, sur%ir)onovos pólos norte e sul em cada um dos peda*os, constituindo cada um deles umnovo im).

Ca'(o 'ag#ético criado (or u' co#dutorretilí#eo$(e%ure o condutor com a m)o direita de modoque o pole%ar aponte no sentido da corrente. 1sdemais dedos dorados fornecem o sentido dovetor campo ma%nético, no ponto considerado.!Ve%ra da m)o direita" $

i iJ J

J J

r

r .:

i.J

π

µ=

J 0 intensidade do vetor campo ma%nético emum ponto !H"µ 0 permeailidade ma%nética do meio !H.mNA"5µ 0 >π .35& H.mNA !no vácuo"

r 0 distMncia do ponto ao fio !m"

A unidade de J no (7 é o tesla !H".

Exercícios3. =m fio retilíneo e lon%o é percorrido por

uma corrente elétrica contínua i 0 A.?etermine o campo ma%nético num pontodistante 5,@m do fio. Adote 5µ 0 >π .35&

H.mNA. =m condutor reto e e+tenso é percorrido por uma corrente de intensidade A. Calcular aintensidade do vetor campo ma%nético num ponto D localizado a 5,3 m do condutor. 1meio é o vácuo.

9. A 5,> m de um fio lon%o e retilíneo o campoma%nético tem intensidade >.35&4 H. ual é acorrente que percorre o fio< Adote 5µ 0 > π.35& H.mNA.

>. ?ada a fi%ura, determine a intensidade docampo ma%nético resultante no ponto D.

i3

5,3m D 5,m i

?ados:5µ 0 >π .35& H.mNA.

i3 0 > Ai 0 35 A

@. ?ada a fi%ura, determine a intensidade docampo ma%nético resultante no ponto D.

i

i3 5,4m D 5,m

?ados:5µ 0 >π .35& H.mNA.

i3 0 9Ai 0 @ A

Questões

4. Como podemos verificar e+perimentalmentese e+iste um campo ma%nético em um certo ponto do espa*o<

. 1 que acontece se colocarmos um im) soreuma fita ma%nética<

B. (ae&se que a [ua, ao contrário da Herra, n)o possui um campo ma%nético. (endo assim, poderia um astronauta se orientar em nossosatélite usando uma ússola comum<'+plique.

Ca'(o 'ag#ético #o ce#tro de u'a es(iracircular

i i

V .:

i.J

µ=

34



V 0 raio da espira

Exercícios3. A espira da fi%ura tem raio 5, m e é

percorrida por uma corrente de @A nosentido #orário. ?etermine a intensidade e a

orienta*)o do vetor campo ma%nético nocentro da espira. Adote 5µ 0 >π .35& H.mNA.

i

. =ma espira circular de raio V05,πm é percorrida por uma corrente elétrica deintensidade i0BA, conforme a fi%ura. ?ê ascaracterísticas do vetor campo ma%nético no

centro da espira. ?ado: 5µ 0 >π .35&

H.mNA.

i

9. ?uas espiras circulares concêntricas ecoplanares de raios 5,>πm e 5,Bπm s)o percorridas por correntes de intensidades 3A

e >A , respectivamente, conforme mostra afi%ura. ?etermine a intensidade do vetor campo ma%nético resultante no centro dasespiras. ?ado: 5µ 0 >π .35& H.mNA.

3 >A

Ca'(o 'ag#ético #o i#terior de u' sole#<ide$=m condutor enrolado em forma de espiras édenominado solenóide.$

iJ

i

l

l

i. -.J

µ=

- 0 número de espirasl 0 comprimento do solenóide

Exercícios

>. =m solenóide de 3 metro de comprimentocontém @55 espiras e é percorrido por umacorrente de A. ?eterminar a intensidade dovetor campo ma%nético no interior dosolenóide. ?ado: 5µ 0 >π .35& H.mNA.

@. Considere um solenóide de 5,34m decomprimento com @5 espiras. (aendo que osolenóide é percorrido por uma corrente de5A, determine a intensidade do campoma%nético no seu interior.

4. =m solenóide de 3 metro de comprimento

contém 3555 espiras e é percorrido por umacorrente de i. (aendo que o vetor campoma%nético no seu interior vale B π . 35&> H,determine i. 1 solenóide está no vácuo.

. -o interior de um solenóide de comprimento5,34m, re%istra&se um campo ma%nético deintensidade @π .35&> H, quando ele é percorrido por uma corrente de BA. uantasespiras tem esse solenóide< Adote 5µ 0 >π.35& H.mNA

Questões6. '+plique o princípio de funcionamento deuma campain#a.

35. 1 que é um eletroím)< Como funciona<33. =m aluno estava usando uma ússola para

orientar&se no interior da sala de laoratório. -um certo momento, a a%ul#a mudourepentinamente de posi*)o. Como see+plicaria esse movimento da a%ul#a<

2or*a 'ag#ética

$=ma car%a elétrica q lan*ada dentro de umcampo ma%nético J, com uma velocidade v,sofre a a*)o de uma for*a K.

q

J

v θ

K

3

3A



K 0 qvJ sen θ

1 sentido da for*a é dado pela re%ra da m)oesquerda.

K !pole%ar"

J !indicador"

θ v !médio"

- A for*a ma%nética sore car%as elétricasassume valor má+imo quando elas s)olan*adas perpendicularmente G dire*)o docampo ma%nético.

q

J

v

K

K 0 qvJ

- Car%as elétricas em repouso ou lan*adas namesma dire*)o do campo ma%nético n)osofrem a a*)o da for*a ma%nética.

Exercícios3. =ma partícula de car%a 4.35&B C é lan*ada

perpendicularmente a um campo ma%néticouniforme de intensidade >.35& H, comvelocidade 359 mNs. ?eterminar a intensidadeda for*a ma%nética que atua sore ela.

. =ma car%a elétrica puntiforme de 5.35&4 C,é lan*ada com velocidade de >mNs, numadire*)o perpendicular a um campoma%nético, e fica suFeita a uma for*a deintensidade B.35&@ -. ual a intensidade docampo ma%nético<

9. =ma car%a elétrica de 35&3@ C é lan*ada perpendicularmente a um campo ma%néticode 35& H, ficando so a a*)o de uma for*a de35&3@ -. ?etermine a velocidade com que acar%a foi lan*ada no campo.

>. =ma partícula elétrica de car%a q0>.35&4 Cdesloca&se com velocidade .35 mNs,

formando um Mn%ulo θ 0>@o com um campoma%nético uniforme de intensidade 34.35> H,conforme indica a fi%ura. ?etermine a for*ama%nética que atua sore a partícula.

J

θ

qv

@. Vepresente a for*a ma%nética que atua sorea car%a q, lan*ada com velocidade v numcampo ma%nético J, nos se%uintes casos:

J

v q

q J v

J

q J q

v

v

Questões4. =m campo ma%nético atua em uma car%a em

repouso<. Colocado no campo ma%nético de um im),

um fio percorrido por uma corrente sofre aa*)o de uma for*a ma%nética, emdeterminado sentido. uais as alternativas possíveis para inverter o sentido dessa for*a<

3B

E

2

2

E

vestibular - apostilas de física - eletricidade - teoria e diversos exercícios

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