Potência elétrica Avançada

Potência e energia elétrica – Avançada

Professor Neto Professor Allan Borçari

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Questão 01 - (PUC SP)

No reservatório de um vaporizador elétrico são colocados 300g de água, cuja temperatura inicial é 20ºC. No interior desse reservatório encontra-se um resistor de 12Ω que é percorrido por uma corrente elétrica de intensidade 10A quando o aparelho está em funcionamento. considerando que toda energia elétrica é convertida em energia térmica e é integralmente absorvida pela água, o tempo que o aparelho deve permanecer ligado para vaporizar 1/3 da massa de água colocada no reservatório deve ser de

Adote: 1cal = 4,2J Calor específico da água = 1,0cal/g ºC Calor latente de vaporização da água = 540cal/g P = 1atm

a) 3 min 37s b) 4 min 33s c) 4 min 07s d) 36 min 10s e) 45 min 30s

TEXTO: 1

Dados: Aceleração da gravidade: 10 m/s2 Densidade do mercúrio: 13,6 g/cm3 Pressão atmosférica: 1,0x105 N/m2 Constante eletrostática: k0 = 1/4πε0 = 9,0x109 N.m2/C2

Questão 02 - (UFPE)

O gálio (Ga) é um metal cuja temperatura de fusão, à pressão atmosférica, é aproximadamente igual a 30 ºC. O calor específico médio do Ga na fase sólida é em torno de 0,4 kJ/(kg.ºC) e o calor latente de fusão é 80 kJ/kg. Utilizando uma fonte térmica de 100 W, um estudante determina a energia necessária para fundir completamente 100 g de Ga, a partir de 0ºC. O gráfico mostra a variação da temperatura em função do tempo das medições realizadas pelo estudante. Determine o tempo total tT que o estudante levou para realizar o experimento. Suponha que todo o calor fornecido pela fonte é absorvido pela amostra de Ga. Dê a sua resposta em segundos.

Questão 03 - (UNESP)

Considere o circuito elétrico que esquematiza dois modos de ligação de duas lâmpadas elétricas iguais, com valores nominais de tensão e potência elétrica 60 V e 60 W, respectivamente.

Modo A – ambiente totalmente iluminado: a chave Ch, ligada no ponto A, mantém as lâmpadas L1 e L2 acesas.



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Modo B – ambiente levemente iluminado: a chave Ch, ligada no ponto B, mantém apenas a lâmpada L1 acesa, com potência menor do que a nominal, devido ao resistor R de resistência ôhmica constante estar ligado em série com L1.

Considerando que as lâmpadas tenham resistência elétrica constante, que os fios tenham resistência elétrica desprezível e que a diferença de potencial de 120 V que alimenta o circuito seja constante, calcule a energia elétrica consumida, em kWh, quando as lâmpadas permanecem acesas por 4 h, ligadas no modo A – ambiente totalmente iluminado.

Determine a resistência elétrica do resistor R, para que, quando ligada no modo B, a lâmpada L1 dissipe uma potência de 15 W.

Questão 04 - (FEPECS DF)

Um estudante de eletrônica possui a sua disposição uma bateria ideal capaz de estabelecer uma ddp de V e algumas resistências de valores R e R/2. Ele monta três circuitos, seguindo os esquemas da figura a seguir.

Se as potências dissipadas por esses circuitos forem, respectivamente, P1, P2 e P3 , então temos:

a) P1 = P2 = P3 ;

b) P1=1/4 P2 = 3/2 P3 ; c) P1 = 4 P2 = 3/4 P3 ; d) P1 = 1/4 P2 = 2/3 P3 ; e) P1 = 4 P2 = 5 P3 .

Questão 05 - (UEPG PR)

Um ebulidor de resistência elétrica igual a 75,0 Ω está envolto por 0,20 kg de gelo a 0 ºC. Os terminais do ebulidor são conectados a uma fem que gera uma corrente elétrica de intensidade igual a 2 A através dele, durante 1,4 minutos. Considere que toda energia dissipada pelo ebulidor foi integralmente absorvida pelo gelo. Considere, ainda, 1 cal = 4,2 J; Cágua= 1 cal/g ºC e Lf(água) = 80 cal/g. Sobre esse evento físico, assinale o que for correto.

01. A potência do ebulidor é igual a 300 W.

02. A energia dissipada pelo ebulidor foi 25.200 J.

04. A diferença de potencial entre os terminais do ebulidor, durante o processo, foi de 150 V.

08. Ao final do processo tem-se 125 g de gelo e 75 g de água.

16. A temperatura final do sistema é 0 ºC.

Questão 06 - (UFU MG)

É muito comum em casas que não dispõem de forno microondas, pessoas utilizarem uma resistência elétrica ligada à tomada para aquecer água para fazer chá ou café. Em uma situação mais idealizada, é possível estudar esse



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problema e aprender um pouco mais de Física. Para isso, considere, inicialmente, um sistema em equilíbrio térmico composto por um recipiente com paredes adiabáticas que possui em seu interior uma esfera maciça, cujo raio é de 50 cm, a massa é de 5 toneladas e o coeficiente de dilatação linear é αesf = 1x10–4°C–1. O restante do recipiente está completamente cheio com 2.500 kg de água pura à temperatura T0 = 20 °C, como mostra a figura abaixo. A resistência R=2Ω que está dentro do recipiente é, então, ligada durante certo intervalo de tempo aos terminais de uma bateria ideal de V = 200 V. Dados: = 1cal/g°C, cesf = 0,1cal/g°C, 1cal ≈ 4J.

Considerando que toda a dissipação de energia ocorrerá apenas na resistência R e desconsiderando a capacidade térmica da resistência e do recipiente, responda:

a) Qual a temperatura inicial da esfera

na escala Fahrenheit? b) Quanto tempo a resistência deve

ficar ligada para que o sistema atinja a temperatura de equilíbrio Tf = 80 °C?

c) Quando o sistema atinge o equilíbrio, a temperatura final da água é 80 °C, neste caso, qual será a variação no volume da esfera? Sugestão: escreva sua resposta em função de π .

Questão 07 - (UFPA)

A Hidrelétrica de Tucuruí, no Pará, é a maior usina hidrelétrica em potência 100% brasileira. A sua barragem cria um desnível de 72m no rio Tocantins. Quantos litros de água precisam descer desta altura, para que a correspondente variação de energia potencial gravitacional, transformada em energia elétrica, mantenha ligado um ferro de passar roupa de 1KW de potência, durante uma hora? Para responder a questão, assuma que o processo é 100% eficiente, ou seja, a variação de energia potencial gravitacional da água converte-se integralmente na energia elétrica consumida pelo ferro de passar. Considere também que 1 litro de água tem uma massa de 1Kg e que a aceleração da gravidade é 10m/s2.

A resposta correta é:

a) 50 litros b) 720 litros c) 2000 litros d) 3600 litros e) 5000 litros

Questão 08 - (UFJF MG)

O gráfico mostra a potência elétrica, em kW, consumida na residência de um morador da cidade de Juiz de Fora, ao longo do dia. A residência é alimentada com uma voltagem de 120 V. Essa residência tem um disjuntor que desarma, se a corrente elétrica ultrapassar um certo valor, para evitar danos na instalação elétrica. Por outro lado, esse disjuntor é dimensionado para suportar uma corrente utilizada na operação de todos os aparelhos da residência, que somam uma potência total de 7,20 kW.



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a) Qual é o valor máximo de corrente que o disjuntor pode suportar?

b) Qual é a energia em kWh consumida ao longo de um dia nessa residência?

c) Qual é o preço a pagar por um mês de consumo, se o 1kWh custa R$ 0,50?

Questão 09 - (FATEC SP)

Durante uma aula de Física, o professor pede a seus alunos que calculem o gasto mensal de energia elétrica que a escola gasta com 25 lâmpadas fluorescentes de 40W cada, instaladas em uma sala de aula. Para isso, o professor pede para os alunos considerarem um uso diário de 5 horas, durante 20 dias no mês. Se o preço do kWh custa R$ 0,40 em média, o valor encontrado, em reais, será de

a) 100. b) 80. c) 60. d) 40. e) 20.

Questão 10 - (FUVEST SP)

Uma jovem, para aquecer uma certa quantidade de massa M de água, utiliza, inicialmente, um filamento enrolado, cuja resistência elétrica R0 é igual a , ligado a uma fonte de 120 V (situação I). Desejando aquecer a água em dois recipientes, coloca, em cada um, metade da massa total de água (M/2), para que sejam aquecidos por resistências R1 e R2, ligadas à mesma fonte (situação II). A jovem obtém essas duas resistências, cortando o filamento inicial em partes

não iguais, pois deseja que R1 aqueça a água com duas vezes mais potência que R2. Para analisar essas situações:

a) Estime a potência P0, em watts, que é fornecida à massa total de água, na situação I.

b) Determine os valores de R1 e R2, em ohms, para que no recipiente onde está R1 a água receba duas vezes mais potência do que no recipiente onde está R2, na situação II.

c) Estime a razão P/P0, que expressa quantas vezes mais potência é fornecida na situação II (P), ao conjunto dos dois recipientes, em relação à situação I (P0). NOTE E ADOTE: V = RI; P = VI

TEXTO: 2

Utilize g = 10 m/s2 e , sempre que for necessário na resolução das questões.

Questão 11 - (UNICAMP SP)

O chuveiro elétrico é amplamente utilizado em todo o país e é o responsável por grande parte do consumo elétrico residencial. A figura abaixo representa um chuveiro metálico em funcionamento e seu circuito elétrico equivalente. A tensão fornecida ao chuveiro vale V = 200 V e sua resistência é R1 = 10 .



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a) Suponha um chuveiro em funcionamento, pelo

qual fluem 3,0 litros de água por minuto, e considere que toda a energia dissipada na resistência do chuveiro seja transferida para a água. O calor absorvido pela água, nesse caso, é dado por , onde c = 4 x 103 J/kg ºC é o calor específico da água, m é a sua massa e é a variação de sua temperatura. Sendo a densidade da água igual a 1000 kg/m3, calcule a temperatura de saída da água quando a temperatura de entrada for igual a 20 ºC.

b) Considere agora que o chuveiro esteja defeituoso e que o ponto B do circuito entre em contato com a carcaça metálica. Qual a corrente total no ramo AB do circuito se uma pessoa tocar o chuveiro como mostra a figura? A resistência do corpo humano nessa situação vale R2 = 1000 .

Questão 12 - (UFG GO)

As usinas eólicas transformam a energia renovável dos ventos, que são regulares em alto-mar. Para a transmissão dessa energia, verifica-se que a distância da usina ao centro consumidor é uma variável relevante, pois limita a eficiência. Considere que o centro consumidor possui uma resistência fixa e a rede de transmissão é feita por fios convencionais.

A potência dissipada nessa rede em função da distância é representada pelo seguinte gráfico:

a)

b)

c)

d)

e)

Questão 13 - (UFF RJ)

Considere o circuito elétrico simples da figura abaixo. O resistor nela representado tem resistência variável R. L1 e L2 são 2 lâmpadas idênticas, de resistência r, e C é um interruptor. A bateria, suposta ideal, tem força eletromotriz ε e os fios de conexão têm resistência desprezível.

a) Com a chave C aberta, determine a intensidade de corrente i2 através da lâmpada L2 em função de ε, r e R.

b) Considere agora que a chave C é fechada. Nessa situação, altera-se a



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resistência variável e mede-se a intensidade de corrente i2 em função de R. O gráfico abaixo representa os resultados dessas medidas. Determine os valores de ε e r.

c) Calcule a razão entre as potências consumidas pela lâmpada L2 com a chave C fechada e com a chave C aberta, como função de R. Para que valor de R a potência consumida pela lâmpada L2 é a mesma nas duas situações?

Questão 14 - (UFG GO)

Um equipamento de raios X produz muito calor, sendo por isso refrigerado por um circuito fechado de água de 50 litros que, em contato com o metal, retira calor e dissipa-o num irradiador, mantendo o sistema a uma temperatura de 20 ºC. Quando o irradiador para de funcionar por 5 horas, a água circulante atinge uma temperatura de 65 ºC. Sendo a capacidade térmica do sistema igual a 10.000 cal/ºC, o calor específico da água 1 cal/gºC e considerando 1 cal = 4,2 J, calcule

a) a potência dissipada pelo

equipamento. b) a porcentagem de energia retida na

água. Questão 15 - (UFG GO)

Com o advento do efeito estufa o aquecimento global tornou–se uma questão prioritária e buscar fontes altenativa de energia, limpa e renovável,

como, por exemplo, a energia solar, é muito importante. Na vastidão territorial do Brasil, a média anual do total de energia na forma de radiação solar que chega à Terra é bem homogênea. Os valores máximo e mínimo da potência da radiação solar média anual (Ps) ocorrem, respectivamente, no monte da Bahia, próximo à fronteira com o Piauí com cerca de 270 W/m2 e no nordeste de Santa catarina, com 180 W/m2. Uma placa solar é constituída de um conjunto de dispositivos chamados de células fotovoltaicas (FV), que convertem energia solar em energia elétrica, distribuídas em um arranjo regular chamada de placa coletora solar ou placa solar.

a) Uma placa solar e 16 cm por 15 cm

possui uma eficiência de 20%. Em cada uma das duas regiões do país mencionadas no texto, placas idênticas fornecem uma ddp de 12 V. Calcule a corrente produzida pela placa em cada região. Em uma dada região do país, uma placa solar é constituída de 40 células FV, conforme a figura. Cada célula gera 0,5V, com uma corrente de 100 mA.

b) Calcule a ddp produzida entre os

terminais A e B do arranjo e a corrente total. Justifique seus cálculos.



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Questão 16 - (UNIFESP SP)

Um resistor para chuveiro elétrico apresenta as seguintes especificações: Tensão elétrica: 220 V. Resistência elétrica (posição I): 20,0 Ω Resistência elétrica (posição II): 11,0 Ω Potência máxima (posição II): 4 400 W. Uma pessoa gasta 20 minutos para tomar seu banho, com o chuveiro na posição II, e com a água saindo do chuveiro à temperatura de 40ºC. Considere que a água chega ao chuveiro à temperatura de 25ºC e que toda a energia dissipada pelo resistor seja transferida para a água. Para o mesmo tempo de banho e a mesma variação de temperatura da água, determine a economia que essa pessoa faria, se utilizasse o chuveiro na posição I, a) no consumo de energia elétrica, em

kWh, em um mês (30 dias); b) no consumo de água por banho, em

litros, considerando que na posição I gastaria 48 litros de água.

Dados: calor específico da água: 4 000 J/kgºC. densidade da água: 1 kg/L.

Questão 17 - (UnB DF)

O choque elétrico, perturbação de natureza e efeitos diversos, que se manifesta no organismo humano quando este é percorrido por uma corrente elétrica, é causa de grande quantidade de acidentes com vítimas fatais. Dos diversos efeitos provocados pelo choque elétrico, talvez o mais grave seja a fibrilação cardíaca, que provoca a paralisia das funções do coração. A ocorrência da fibrilação depende da intensidade da corrente elétrica que passa pelo coração da vítima do choque. Considere que o coração do indivíduo descalço submetido a um choque elétrico, na situação ilustrada na figura a seguir, suporte uma corrente máxima de 4mA, sem que ocorra a fibrilação cardíaca, e que a terra seja um condutor de

resistência elétrica nula. Sabendo que a corrente percorre seu braço esquerdo, seu tórax e suas duas pernas, cujas resistências são iguais a respectivamente, 700Ω, 300Ω, 1000Ω, e 1000Ω, e que, nessa situação, apenas 8% da corrente total passam pelo coração, calcule, em volts, a máxima diferença de potencial entre a mão esquerda e os pés do indivíduo para que não ocorra a fibrilação cardíaca. Despreze a parte fracionária de seu resultado, caso exista.

GABARITO: 1) Gab: B 2) Gab: 92 segundos 3) Gab:

Δε = 0,48kWh R = 180Ω

4) Gab: D 5) Gab: 31 6) Gab:

a) 68°F. b) 10h. c) m3.

7) Gab: E



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8) Gab:

a) 60,0 A b) 24kWh c) R$360,00

9) Gab: D 10) Gab:

a) P0 = 1.200W b)

c)

11) Gab:

a) b) i = 20,2 A

12) Gab: E 13) Gab:

a) Com a chave aberta, as resistências R e r estão em série, e a resistência equivalente é a soma das duas. Logo, a corrente que atravessa a bateria é I = , que é a mesma

que atravessa a lâmpada L2 : I2 =

b) ε = 120 V e r = 240 ohms c) A potência consumida na lâmpada

L2 é dada pela expressão P = r I22;

Com a chave fechada, temos Pf = r [ε /(2R + r)]2

Com a chave aberta, temos Pa = r [ε/ (R + r)]2

A razão pedida é Pf / Pa = (R + r)2 / (2R + r)2 Para que ela seja igual a 1, é preciso

que denominador e numerador sejam iguais; logo,

R + r = 2R + r, o que só será verdade se R = 0.

14) Gab:

a) 630 W b) 83%

15) Gab:

a) Bahia = Santa Catarina = b)

Há dois ramos em paralelo, cada um com 20 células FV em série.

16) Gab:

a) ΔE = 19,8kWh; b) ΔV = 40L (ΔV’ = 39,3L)

17) Gab: 75

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