Exercício Usp - Eletrodinâmica

Grupo Extats\nwww.grupoextats.com.br\n\nEletrodinâmica\n\nExercícios Dissertativos\n\n1. (2000) Um painel de células solares funciona como um gerador, transformando energia luminosa em energia elétrica. Quando, sobre a área de captação do painel, de 2 m2, incide uma densidade superficial de potência luminosa de 400 W/m2, obtém-se uma relação entre I (corrente) e V (tensão), conforme gráfico abaixo. (Os valores de I e V são os indicados pelo ampèremetro A e pelo voltímetro V, no circuito esquematizado, variando-se R em uma ampla faixa de valores). Nas aplicações práticas, substitui-se a resistência por um aparelho elétrico.\n\nPara as condições acima:\n\na) Construa, no sistema de coordenadas da folha de respostas, um esboço do gráfico de potência fornecida pelo painel solar em função da tensão entre seus terminais.\n\nb) Estime a eficiência máxima (ηmax) da fonte solar em energia elétrica.\n\nc) Estime a resistência Rmax, quando a potência elétrica grada pelo painel for máxima.\n\n2. (2001) Dispõe-se de uma lâmpada decorativa especial L, cuja curva característica, fornecida pelo manual do fabricante, é apresentada abaixo. Deseja-se ligar essa lâmpada, em série com uma resistência R = 2, 0Ω, a uma fonte de tensão V0, como no circuito abaixo. Por precaução, a potência dissipada na lâmpada deve ser igual à potência dissipada no resistor.\n\nPara as condições acima:\n\na) Represente a curva característica I × V do resistor, na folha de resposta, na própria reprodução do gráfico fornecido pelo fabricante, identificando-a com a letra R.\n\nb) Determine, utilizando o gráfico, a corrente I, em amperes, para que a potência dissipada na lâmpada e no resistor sejam iguais.\n\nc) Determine a tensão V0, em volts, que a fonte deve fornecer.\n\nd) Determine a potência P1, em watts, que a lâmpada dissipará nessas condições.\n\nProfessor: Leonardo Carvalho\n\nFUVEST\n\ncontato:spexatgmail.com Grupo Extats\nwww.grupoextats.com.br\n\nEletrodinâmica\n\n3. (2002) Os gráficos, apresentados ao lado, caracterizam a potência P, em watt, e a luminosidade L, em lúmen, em função da tensão, para uma lâmpada incandescente. Para iluminar um salão, um especialista programou utilizar 80 dessas lâmpadas, supondo que a tensão disponível no local seria de 127 V. Entretanto, ao iniciar-se a instalação, verificou-se que a tensão no local era de 110 V. Foi necessário, portanto, um novo projeto, de forma a manter a mesma luminosidade no salão, com lâmpadas desse mesmo tipo. Para esse novo projeto, determine: Para as condições acima:\n\na) O número N de lâmpadas a serem utilizadas.\n\nb) A potência adicional OA, em watts, a ser consumida pelo novo conjunto de lâmpadas, em relação a que seria consumida no projeto inicial.\n\nProfessor: Leonardo Carvalho\n\nFUVEST\n\ncontato:spexatgmail.com Grupo Extats\nwww.grupoextats.com.br\n\nEletrodinâmica\n\n4. (2002) As características de uma pilha, do tipo PX, estão apresentadas no quadro ao lado, tal como fornecidas pelo fabricante. Três dessas pilhas foram colocadas para operar, em série, em uma lanterna que possui uma lâmpada L, com resistência constante R2 = 3, 0Ω. Por engano, uma das pilhas foi colocada invertida, como representado abaixo:\n\nDetermine:\n\na) A corrente I, em amperes, que passa pela lâmpada, com a pilha 2 \u201cinvertida\u201d, como na figura.\n\nb) A potência P, em watts, dissipada pela lâmpada, com a pilha 2 \u201cinvertida\u201d, como na figura.\n\nc) A razão R= P/PO entre a potência dissipada pela lâmpada, com a pilha 2 \u201cinvertida\u201d, e a potência PO que seria dissipada, se todas as pilhas estivessem posicionadas corretamente.\n\n(Nas condições dadas, os efeitos gravitacionais podem ser desprezados).\n\nProfessor: Leonardo Carvalho\n\nFUVEST\n\ncontato:spexatgmail.com 7. (2004) Um sistema de alimenta\u00e7\u00e3o de energia de um resistor R= 20 \u03a9 \u00e9 formado por duas baterias, B1 e B2, interligadas atrav\u00e9s de fios, com as chaves Ch1 e Ch2, como representado na figura. A bateria B1 fornece energia ao resistor, enquanto a bateria B2 tem a fun\u00e7\u00e3o de recarregar a bateria B1. Inicialmente, com a chave Ch1 fechada (Ch2 aberta), a bateria B1 fornece energia ao resistor durante 100 s. Em seguida, para repor toda a energia qu\u00edmica que a bateria B1 perde, a chave Ch2 fica fechada (Ch1 aberta), durante um intervalo de tempo T. Em rela\u00e7\u00e3o a essa opera\u00e7\u00e3o, determine:\n\na) O valor da corrente I, em amp\u00e8res, que percore o resistor R, durante o tempo em que a chave Ch1 permanece fechada.\n\nb) A carga Q, em C, fornecida pela bateria B1, durante o tempo em que a chave Ch1 permanece fechada.\n\nc) O intervalo de tempo T, em s, em que a chave Ch2 permanece fechada.\n\nNOTA E ADOTE: As baterias podem ser representadas pelos modelos ao lado, com fem 1 = 12V e fem 2 = 24V e R = 36 \u03a9 = 20, portanto. 8. (2005) Um determinado aquecedor el\u00e9trico, com resist\u00eancia R constante, \u00e9 projetado para operar a 110 V. Pode-se ligar o aparelho a uma rede de 220V, obtendo os mesmos aquecimentos e consumo de energia m\u00e9dios, desde que haja um dispositivo que o ligue e desligue, em ciclos sucessivos, como indicado no gr\u00e1fico. Nesse caso, ao ciclo, o aparelho permanece ligado por 0,2 s e desligado por um intervalo de tempo At. Determine\n\na) a rela\u00e7\u00e3o Z1 entre as pot\u00eancias P220 e P110, dissipadas por esse aparelho em 220V e 110V, respectivamente, quando est\u00e1 continuamente ligado, sem interrup\u00e7\u00e3o.\n\nb) o valor do intervalo At, em segundos, em que o aparelho deve permanecer desligado a 220V, de forma que a pot\u00eancia m\u00e9dia dissipado pelo resistor n\u00e3o seja a mesma que quando ligado continuamente em 110V.\n\nc) a rela\u00e7\u00e3o Z2 entre as correntes m\u00e9dias I220 e I110, que percolam o resistor quando em redes de 220V e 110V, respectivamente, para a situa\u00e7\u00e3o do item anterior.\n\nPot\u00eancia m\u00e9dia \u00e9 a raz\u00e3o entre a energia dissipada em um ciclo e o per\u00edodo total do ciclo. 9. (2006) A rela\u00e7\u00e3o entre tens\u00e3o e corrente de uma lâmpada L, como a usada em autom\u00f3veis, foi obtida por meio do circuito esquematizado na figura 1, onde G representa um gravador de tens\u00e3o vari\u00e1vel. Foi medido o valor da corrente indicada pelo amper\u00edmetro A, para diferentes valores da tens\u00e3o medida pelo volt\u00edmetro V, conforme representado pela curva L no Gr\u00e1fico 1 da folha de resposta. O circuito da figura 1 \u00e9, ent\u00e3o, modificado, acrescentando-se um resistor R de resist\u00eancia 6,0 \u03a6 em s\u00e9rie com a lâmpada L, conforme esquematizado na figura 2.\n\na) Construa, no Gr\u00e1fico 2 da folha de resposta, o gr\u00e1fico da pot\u00eancia dissipida na lâmpada, em fun\u00e7\u00e3o da tens\u00e3o U entre suas terminais, para U variando desde 0 at\u00e9 12 V.\n\nb) Construa, no Gr\u00e1fico 1 da folha de resposta, o gr\u00e1fico da corrente no resistor R em fun\u00e7\u00e3o da tens\u00e3o U aplicada em seus terminais, para U variando desde 0 at\u00e9 12 V.\n\nc) Considerando o circuito da figura 2, construa, no Gr\u00e1fico 3 da folha de resposta, o gr\u00e1fico da corrente indicada pelo amper\u00edmetro em fun\u00e7\u00e3o da tens\u00e3o U indicada pelo volt\u00edmetro, quando a corrente varia de 0 at\u00e9 2 A.\n\nNOTA E ADOTE: O volt\u00edmetro e o amper\u00edmetro se comportam como ideais. Na constru\u00e7\u00e3o dos gr\u00e1ficos, marque os pontos usados para tra\u00e7ar as curvas. 12. (2008)\nUtilizando-se um gerador, que produz uma tensão V0, deseja-se carregar duas baterias, B-1 e B-2, que geram respectivamente 15 V e 10 V, de tal forma que as correntes que alimentam as duas baterias durante o processo de carga mantenham-se iguais (i1 = i2 = i).\nPara isso, é utilizada a montagem do circuito elétrico representada ao lado, que inclui três resistores R1, R2 e R3, com respectivamente 25 Ohm, 30 Ohm e 62 Ohm, nas posições indicadas.\nUm voltímetro é inserido no circuito para medir a tensão no ponto A.\n\na) Determine a intensidade da corrente i, em amperes, com que cada bateria é alimentada.\n\nb) Determine a tensão VA, em volts, indicada pelo voltímetro, quando o sistema opera da forma desejada.\n\nc) Determine a tensão V0, em volts, do gerador, para que o sistema opere da forma desejada. 13. (2009)\nUma jovem, para aquecer uma certa quantidade de massa M de água, utiliza, inicialmente, um flamento enrolado, cuja resistência elétrica R0 é igual a 12 Ohm, ligado a uma fonte de 120 V (situação I).\nDesejando 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 a mesma fonte (situação II).\nA jovem obtém assim duas resistências, cortando o flamento inicial em partes não iguais, pois deseja que R1 aqueça a água com duas vezes mais potência que R2.\nPara analisar essas situações:\n\na) Estime a potência P0, em watts, que é fornecida à massa total de água, na situação I;\nb) 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.\nc) Estime a razão P/R0, que expressa quantas vezes mais potência é fornecida na situação II (P), ao conjunto dos dois recipientes, em relação à situação I (P0).\n\nNOTA E ADOTE:\nV = R1·P - VI 14. (2011) A conversão de energia solar em energia elétrica pode ser feita com a utilização de painéis constituídos por células fotovoltaicas que, quando expostas à radiação solar, geram uma diferença de potencial U entre suas faces. Para caracterizar uma dessas células (C) de 20 cm2 de área, sobre a qual incide 1 kW/m2 de radiação solar, foi realizada a medida da diferença de potencial U e da corrente I variando-se o valor da resistência R, conforme o circuito esquematizado na figura abaixo. Os resultados obtidos estão apresentados na tabela.\n\na) Faça o gráfico da curva I x U na figura impressa na folha de respostas.\nb) Determine o valor da potência máxima Pm que essa célula fornece e o valor da resistência R nessa condição.\nc) Determine a eficiência da célula C para U = 0, 3V.\n\nNOTA E ADOTE:\nEficiência = Pcorrente / Pinci dente 18. (2016) Em um circuito integrado (CI), a conexão elétrica entre transistores é feita por trilhas de alumínio de 500 nm de comprimento, 100 nm de largura e 50 nm de espessura.\n\na) Determine a resistência elétrica de uma dessas conexões, sabendo que a resistência, em ohms, de uma trilha de alumínio é dada por R = 3 × 10⁻⁵L/A, em que L e A são, respectivamente, o comprimento e a área da seção reta da trilha em unidades do SI.\n\nb) Seja a corrente elétrica em uma trilha de 10µA, qual é a potência dissipada nessas conexões?\n\nc) Considere que um determinado CI possui 10⁶ dessas conexões elétricas. Determine a energia E dissipada no CI em 5 segundos de operação.\n\nd) Se não houvesse um mecanismo de remoção de calor, qual seria o intervalo de tempo Δt necessário para a temperatura do CI variar de 300ºC?\n\nNota e adote:\n1nm = 10⁻⁹m\nCapacidade térmica do CI = 5 × 10⁻⁵ J/K\nConsidere que as trilhas são as únicas fontes de calor no CI.