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FÍSICA-ELETROMAGNETISMO 1 Msc. Julio Cesar Souza Almeida CURSO DE FÍSICA- VOLUME 3 2017 ELETROMAGNETISMO FOCO NO ENEM FÍSICA ELETROMAGNETISMO 1 FÍSICA 3º ANO by Julio Cesar Souza Almeida FÍSICA ELETROMAGNETISMO DIVIRTA-SE FÍSICA É TUDO!!! Olá caro aluno, esse material foi criado com o intúito de auxiliá-lo durante as aulas. Fica registrado que o uso do livro didático é fundamental para o seu aprendizado. No material encontraremos uma vasta quantidade de questões que poderão ser resolvidas durante as aulas ou em sua casa. Os exercícios básicos são fundamentais para seu desenvolvimento, neles vocês poderão rever toda a teoria discutida em sala com o professor, além de tornar sólido o seu conhecimento. Faça as questões básicas para avançar para as questões complementares, nessa sessão você encontrará exercícios de nível médio e um pouco mais difíceis. As questões do Exame Nacional do Ensino Médio, foram diluidas ao longo do material. É de suma importância a solução de todas essas questões para você se preparar para esse tipo de prova externa. Lembre-se uma coisa é você entender as explicações do professor, outra coisa é você ter seu próprio raciocínio para a resolução das questões. O que é Física? A palavra física deriva de phisiké, em grego significa natureza. A física é o estudo dos fenômenos da natureza. Podemos dizer que ela é a base de todas as Engenharias e de toda a tecnologia existente em nosso humilde planeta. A física é dividida em diversos ramos: Mêcanica Calorimetria Óptica Ondulatória Eletricidade magnetismo Eletricidade Foi descoberta pelo camarada da pintura ae em cima, um filósofo grego chamado Tales de Mileto que, ao esfregar um FÍSICA ELETROMAGNETISMO 2 âmbar a um pedaço de pele de carneiro, observou que pedaços de palhas e fragmentos de madeira começaram a ser atraídas pelo próprio âmbar. Do âmbar (gr. élektron) surgiu o nome eletricidade. No século XVII foram iniciados estudos sistemáticos sobre a eletrificação por atrito, graças a Otto von Guericke. Em 1672, Otto inventa uma maquina geradora de cargas elétricas onde uma esfera de enxofre gira constantemente atritando-se em terra seca. Meio século depois, Stephen Gray faz a primeira distinção entre condutores e isolantes elétricos. Fonte: http://www.sofisica.com.br/conteudos/HistoriaDaFisi ca/historiadaeletricidade.php FÓRMULA DO SUCESSO www.receitadevovo.com.br Queridos alunos do terceiro ano, se você chegou até aqui não tem como correr, terá que fazer o Exame Nacional do Ensino Médio. Ao fim de cada secção separei as questões que caíram nas avaliações do ENEM desde 1998 até o ano passado. Proucure fazer essas questões, pois elas te darão base para fazer uma boa prova. O ENEM tem 15 questões de física, distribuída entre todos os conteúdos que abordamos até hoje, cada vez mais eles levam em consideração no exameo conhecimento residual do aluno, ou seja aquilo que você reteve durante toda a sua vida escolar. A avaliação é longa e como vocês já sabem, cada questão você terá em média 3 minutos para resolvê-la. Então não perca tempo, ao resolver os exercícios desse livro tente fazer cada exercício dentro dos três minutos. Dica: Leia atentamente as questões. Cuidado com o enunciado. Destaque o que é importante para a solução da questão. Destaque sua resposta. Marque sempre o gabarito a lápis, ao ter certeza na resposta pinte de caneta. Sucesso a todos. Lembre-se, o seu sucesso é o meu sucesso!!!! JC... http://www.receitadevovo.com.br/receitas/bolo-de-liquidificador-fofinho FÍSICA ELETROMAGNETISMO 3 A matéria é formada de pequenas partículas, os átomos. Cada átomo, por sua vez, é constituído de partículas ainda menores, no núcleo: os prótons e os nêutrons; na eletrosfera: os elétrons. Às partículas eletrizadas (elétrons e prótons) chamamos "carga elétrica" . condutoores de eletricidade São os meios materiais nos quais há facilidade de movimento de cargas elétricas, devido a presença de "elétrons livres". Ex: fio de cobre, alumínio, etc. ISOLANTES DE ELETRICIDADE São os meios materiais nos quais não há facilidade de movimento de cargas elétricas. Ex: vidro, borracha, madeira seca, etc. CARGA ELÉTRICA FÍSICA ELETROMAGNETISMO 4 Grande Colisor de Hádrons (LHC) O bóson de Higgs seria a misteriosa 13 partículaque daria massa à matéria e comprovaria definitivamente a teoria do BigBang, a grande explosão que teria dado origem ao Universo. No entanto,a existência desse bóson, também chamado de “partícula de Deus”, nuncafoi provada. Se o LHC revelar a misteriosa partícula, Higgs, 79 anos,será definitivamente encaminhado para o Prêmio Nobel, distinção a queaspira também o seu rival, Stephen Hawking. Na semana passada, Hawkingdisse que seria “mais interessante” se o bóson de Higgs não fossedescoberto, porque isso levaria a uma revisão profunda da física atual. Disponível em: http://www.mundovestibular.com.br/articles/4947/1/LHC- testara-teorias-de-genios-da-fisica/Paacutegina1.html CURIOSIDADE A PARTÍCULA DE DEUS O bóson de Higgs recebeu este nome em homenagem ao físico britânico Peter Higgs, que propôs sua existência em um artigo publicado em 1964 no periódico científico Physical Review Letters . Higgs teve a ideia enquanto caminhava um fim de semana pelas Montanhas Cairngorm, na Escócia. Quando retornou ao laboratório, ele disse aos seus colegas ter tido sua "grande ideia" e encontrado uma resposta para o enigma de por que a matéria tem massa. partícula que compoem todas as outras que forma a matéria. DISPONÍVEL EM: https://noticias.terra.com.br/educacao/voce-sabia/qual-e-a- origem-da-expressao-particula-de- deus,a44800beca2da310VgnCLD200000bbcceb0aRCRD.html FÍSICA ELETROMAGNETISMO 5 "Cargas elétricas de mesmo sinal se repelem e de sinais contrários se atraem." “Lei de Du fay” Num sistema eletricamente isolado, a soma das cargas elétricas é constante." Corpo neutro -> Nº prótons = Nº elétrons Corpo positivo -> O corpo perdeu elétrons Corpo negativo -> O corpo ganhou elétrons Q = - n.e (se houver excesso de elétrons) Q = + n.e (se houver falta de elétrons) e = 1,6.10-19 C q = quantidade de carga (C) n = número de cargas e = carga elementar (C) Unidade de carga elétrica no SI é o coulomb (C) É usual o emprego dos submúltiplos: 1 milecoulomb = 1mC = 10-3C 1 microcoulomb = 1C = 10-6C 1 nanocoulomb = 1nC = 10-9C EXERCÍCIOS BÁSICOS 1. Na eletrosfera de um átomo de magnésio temos 12 elétrons. Qual a carga elétrica de sua eletrosfera? 2. Na eletrosfera de um átomo de nitrogênio temos 10 elétrons. Qual a carga elétrica de sua eletrosfera? 3. Um corpo tem uma carga igual a -32. 10-6 C. Quantos elétrons há em excesso nele? 4. É dado um corpo eletrizado com carga + 6,4.10-6C. Determine o número de elétrons em falta no corpo. 5. Quantos elétrons em excesso tem um corpo eletrizado com carga de -16.10-9 C? Questões 6. Qual o erro na afirmação: "Uma caneta é considerada neutra eletricamente, pois não possui nem cargas positivas nem cargas negativas"? 7. O que acontece quando se acrescentam elétrons em um ponto de um isolante? E de um condutor? 8. Que tipo de carga elétrica se movimenta em um fio metálico? 9. O que são elétrons livres? Eles existem nos materiais condutores ou nos isolantes? 10. Quantos(R) e diâmetro (d). Considerando sempre o mesmo comprimento (L) deste fio. Se o diâmetro fosse (2d) sua resistência seria: a) R/3 b) R/4 c) 2R d) R e) R/2 03. (UFPR-MODELO ENEM) Um engenheiro eletricista, ao projetar a instalação elétrica de uma edificação, deve levar em conta vários fatores, de modo a garantir principalmente a segurança dos futuros usuários. Considerando um trecho da fiação, com determinado comprimento, que irá alimentar um conjunto de lâmpadas, avalie as seguintes afirmativas: 1. Quanto mais fino for o fio condutor, menor será a sua resistência elétrica. 2. Quanto mais fino for o fio condutor, maior será a perda de energia em forma de calor. 3. Quanto mais fino for o fio condutor, maior será a sua resistividade. Assinale a alternativa correta. a) Somente a afirmativa 1 é verdadeira. b) Somente a afirmativa 2 é verdadeira. c) Somente a afirmativa 3 é verdadeira. d) Somente as afirmativas 1 e 2 são verdadeiras. e) Somente as afirmativas 2 e 3 são verdadeiras. 04. (UDESC-MODELO ENEM) A tabela a seguir fornece os comprimentos, as áreas da seção transversal e as resistividades para fios de cinco materiais diferentes. A resistência desses fios não depende da tensão aplicada. A partir desses dados, indique a alternativa que contém o fio referente ao material que transforma mais energia por unidade de tempo quando todos estão individualmente submetidos à mesma diferença de potencial em suas extremidades. a) C b) B c) A d) D e) E GABARITO 1B 2B 3B 4C FÍSICA ELETROMAGNETISMO 34 Quando a corrente elétrica passa pelo resistor ela transforma essa energia elétrica em energia térmica, através do efeito Joule. A potência dissipada é a energia que foi transformada em calor em um determinado tempo. P = U.i P = R.i2 R U P 2 Unidade de potência no SI: W (watt) EXERCÍCIOS BÁSICOS 1. Quando uma lâmpada é ligada a uma tensão de 120V, a corrente que flui pelo filamento da lâmpada vale 1A. Qual a potência da lâmpada? 2. Calcule a corrente que percorre o filamento de uma lâmpada de 120V e 60W. 3. Em um resistor, de resistência igual a 10 , passa uma corrente com intensidade de 2A. Calcule a potência dissipada no resistor. 4. De acordo com o fabricante, um determinado resistor de 100 pode dissipar, no máximo, potência de 1 W. Qual é a corrente máxima que pode atravessar esse resistor? 5. Num certo carro, o acendedor de cigarros tem potência de 48W. A ddp no sistema elétrico desse carro é 12V. Qual é a resistência elétrica do acendedor de cigarros? 6. Sob tensão de 10V, um determinado resistor dissipa 5W de potência. Qual é a resistência desse resistor? Questões 7. Uma lâmpada de filamento apresenta o valor escrito sobre o vidro (40W, 60W, 100W). Qual o significado desse valor? 8. O que acontecerá se ligarmos uma lâmpada com as inscrições (60W-110V) na tensão 220V. Por quê? 9. O que seria um condutor elétrico ideal? Você acha que os fios da instalação de sua casa podem ser considerados condutores ideais? 10. Como você explica o aquecimento de fios metálicos, quando uma corrente elétrica passa por eles? 11. Indique a principal transformação de energia que ocorre com o funcionamento de: A) um chuveiro; B) um liquidificador; C) uma lâmpada incandescente. EXERCÍCIOS COMPLEMENTARES 01.(G1) Um ferro de solda tem potência de 120W, dimensionado para trabalhar ligado a um gerador elétrico de 240V. Se desejamos ligar um fusível de proteção de ferro de solda, qual dos valores a seguir deverá ser o do nosso fusível? Lembre-se se a corrente do equipamento for igual ou maior que a do fusivél ele queima. a) 0,1 A b) 0,5 A c) 1,0 A d) 2,0 A e) 5,0 A 02. (PUC RS) Na entrada de rede elétrica de 120 V, contendo aparelhos puramente resistivos, existe um único disjuntor de 50 A. Por segurança, o disjuntor deve desarmar na condição em que a resistência equivalente de todos os aparelhos ligados é menor que: a) 0,42 b) 0,80 POTÊNCIA DISSIPADA NO RESISTOR FÍSICA ELETROMAGNETISMO 35 c) 2,40 d) 3,50 e) 5,60 03. (PUC RS) Em relação à rede elétrica e aos aparelhos resistivos de uma casa são feitas as seguintes afirmativas: I. Exceto algumas lâmpadas de Natal, todos os aparelhos são ligados em paralelo. II. O aparelho de maior potência é o que tem mais resistência. III. O disjuntor (ou fusível- está ligado em série com os aparelhos protegidos por ele. Analisando-se as afirmativas, conclui-se que a) somente I é correta. b) somente II é correta. c) somente III é correta. d) I e II são corretas. e) I e III são corretas. 04. (UNICAMP SP) O gráfico abaixo mostra a potência elétrica (em kW) consumida em uma certa residência ao longo do dia. A residência é alimentada com a voltagem d e120V. essa residência tem um fusível que queima se a corrente ultrapassar um certo valor, para evitar danos na instalação elétrica. Por outro lado, esse fusível deve suportar a corrente utilizada na operação normal dos aparelhos da residência. Qual o valor mínimo da corrente que fusível deve suportar? a) 10A b) 20A c) 30A d) 40A e) 50A 05. (ACAFE SC) Ao adquirir um eletrodoméstico, estando preocupado com o consumo de energia, deve-se observar o aparelho, considerando: a) a voltagem. b) a corrente. c) a potência. d) a freqüência. e) o tamanho. 06. (UEPB) Um estudante comprou um rádio portátil, com potência de seu interesse, baseado nas informações do vendedor de que o aparelho consumia uma energia de 14400 Joules, durante 20 minutos de funcionamento. Após ter comprado o aparelho, o estudante tratou de ler o manual do rádio e, aplicando seus conhecimentos de eletricidade, descobriu que o rádio funcionava com uma corrente elétrica de 600 mA e apresentava uma resistência elétrica de 20 . Com base nas informações acima, pode- se afirmar que a diferença de potências nos dois casos corresponde a, a) 2,4w b) 4,8w c) 7,2w d) 12w e) 14,4w 07. (UEM PR) Em que consiste o efeito Joule? a) Na transformação da energia nuclear em energia eólica. b) Na transformação da energia eólica em energia elétrica. c) Na transformação da energia elétrica em energia térmica. d) Na transformação da energia solar em energia elétrica. e) Na transformação da energia advinda do processo de fusão em energia térmica. GABARITO 1C 2C 3E 4E 5C 6B 7C FÍSICA ELETROMAGNETISMO 36 SE LIGA NO ENEM!!! 01. (Enem-2001) A distribuição média, por tipo de equipamento, do consumo de energia elétrica nas residências no Brasil é apresentada no gráfico. Em associação com os dados do gráfico, considere as variáveis: I. Potência do equipamento. II. Horas de funcionamento. III. Número de equipamentos. O valor das frações percentuais do consumo de energia depende de (A) I, apenas. (B) II, apenas. (C) I e II, apenas. (D) II e III, apenas. (E) I, II e III. 02. (ENEM/2010) Todo carro possui uma caixa de fusíveis, que são utilizados para proteção dos circuitos elétricos. Os fusíveis são constituídos de um material de baixo ponto de fusão, como o estanho, por exemplo, e se fundem quando percorridos por uma corrente elétrica igual ou maior do que aquela que são capazes de suportar. O quadro a seguir mostra uma série de fusíveis e os valores de corrente por eles suportados. Um farol usa uma lâmpada de gás halogênio de 55 W de potência que opera com 36 V. Os dois faróis são ligados separadamente, com um fusível para cada um, mas, após um mau funcionamento,o motorista passou a conectá-los em paralelo, usando apenas um fusível. Dessa forma, admitindo-se que a fiação suporte a carga dos dois faróis, o menor valor de fusível adequado para proteção desse novo circuito é o a) azul. b) preto. c) laranja. d) amarelo. e) vermelho. 03. (ENEM - 2013) O chuveiro elétrico é um dispositivo capaz de transformar energia elétrica em energia térmica, o que possibilita a elevação da temperatura da água. Um chuveiro projetado para funcionar em 110V pode ser adaptado para funcionar em 220V, de modo a manter inalterada sua potência. Uma das maneiras de fazer essa adaptação é trocar a resistência do chuveiro por outra, de mesmo material e com o(a) a) dobro do comprimento do fio. b) metade do comprimento do fio. c) metade da área da seção reta do fio. d) quádruplo da área da seção reta do fio. e) quarta parte da área da seção reta do fio. 04. (ENEM/2011) Em um manual de um chuveiro elétrico são encontradas informações sobre algumas características técnicas, ilustradas no quadro, como a tensão de alimentação, a pontência dissipada, o dimensionamento do disjuntor ou fusível, e a àrea da seção transversal dos condutores utlizados. FÍSICA ELETROMAGNETISMO 37 Uma pessoa adquiriu um chuveiro do modelo A e, ao ler o manual, verificou que precisava ligá-lo a um disjuntor de 50 amperes. No entanto, intrigou-se com o fato de que o disjuntor ao ser utilizado para uma correta instalação de um chuveiro do modelo B devia possuir amperagem 40% menor. Considerando-se os chuveiros de modelos A e B, funcionando à mesma potência de 4 400 W, a razão entre as suas respectivas resistências elétricas, RA e RB, que justifica a diferença de dimensionamento dos disjuntores, é mais próxima de: a) 0,3 b) 0,6 c) 0,8 d) 1,7 e) 3,0 05. (ENEM/1999) Lâmpadas incandescentes são normalmente projetadas para trabalhar com a tensão da rede elétrica em que serão ligadas. Em 1997, contudo, lâmpadas projetadas para funcionar com 127V foram retiradas do mercado e, em seu lugar, colocaram-se lâmpadas concebidas para uma tensão de 120V. Segundo dados recentes, essa substituição representou uma mudança significativa no consumo de energia elétrica para cerca de 80 milhões de brasileiros que residem nas regiões em que a tensão da rede é de 127V. A tabela abaixo apresenta algumas características de duas lâmpadas de 60W, projetadas respectivamente para 127V (antiga) e 120V (nova), quando ambas encontram- se ligadas numa rede de 127V. Acender uma lâmpada de 60W e 120V em um local onde a tensão na tomada é de 127V, comparativamente a uma lâmpada de 60W e 127V no mesmo local tem como resultado: (A) mesma potência, maior intensidade de luz e maior durabilidade. (B) mesma potência, maior intensidade de luz e menor durabilidade. (C) maior potência, maior intensidade de luz e maior durabilidade. (D) maior potência, maior intensidade de luz e menor durabilidade. (E) menor potência, menor intensidade de luz e menor durabilidade. 06. (ENEM/2002) Entre as inúmeras recomendações dadas para a economia de energia elétrica em uma residência, destacamos as seguintes: ● Substitua lâmpadas incandescentes por fluorescentes compactas. ● Evite usar o chuveiro elétrico com a chave na posição “inverno” ou “quente”. ● Acumule uma quantidade de roupa para ser passada a ferro elétrico de uma só vez. ● Evite o uso de tomadas múltiplas para ligar vários aparelhos simultaneamente. ● Utilize, na instalação elétrica, fios de diâmetros recomendados às suas finalidades. A característica comum a todas essas recomendações é a proposta de economizar energia através da tentativa de, no dia-a-dia, reduzir (A) a potência dos aparelhos e dispositivos elétricos. (B) o tempo de utilização dos aparelhos e dispositivos. (C) o consumo de energia elétrica convertida em energia térmica. (D) o consumo de energia térmica convertida em energia elétrica. (E) o consumo de energia elétrica através de correntes de fuga. 07. (ENEM/2010) Observe a tabela seguinte. Ela traz especificações técnicas constantes no manual de instruções fornecido pelo fabricante de uma torneira elétrica. FÍSICA ELETROMAGNETISMO 38 Considerando que o modelo de maior potência da versão 220 V da torneira suprema foi inadvertidamente conectada a uma rede com tensão nominal de 127 V, e que o aparelho está configurado para trabalhar em sua máxima potência. Qual o valor aproximado da potência ao ligar a torneira? a) 1.830 W b) 2.800 W c) 3.200 W d) 4.030 W e) 5.500 W 08. (ENEM-MODELO) Um circuito elétrico doméstico simples está ligado à rede de 110 V e protegido por um fusível F de 10 A, como o esquema da figura abaixo: Uma dona de casa deseja passar roupa com a luz acesa. A potência máxima de um ferro de passar roupa que pode ser ligado, simultaneamente, a uma lámpada de 100 W, sem que o fusível interrompa o circuito, é aproximadamente: a) 1.000 W. b) 1.200 W. c) 1.350 W. d) 250 W. e) 500 W. 09. (ENEM/2009/VAZADO) Os motores elétricos são dispositivos com diversas aplicações, dentre elas, destacam-se aquelas que proporcionam conforto e praticidade para as pessoas. É inegável a preferência pelo uso de elevadores quando o objetivo é o transporte de pessoas pelos andares de prédios elevados. Nesse caso, um dimensionamento preciso da potência dos motores utilizados nos elevadores é muito importante e deve levar em consideração fatores como economia de energia e segurança. Considere que um elevador de 800kg, quando lotado com oito pessoas ou 600kg, precisa ser projetado. Para tanto, alguns parâmetros deverão ser dimensionados. O motor será ligado àrede elétrica que fornece 220 volts de tensão. O elevador deve subir 10 andares, em torno de 30 metros, a uma velocidade constante de 4 metros por segundo. Para fazer uma estimativa simples da potência necessária e da corrente que deve ser fornecida ao motor do elevador para ele operar com lotação máxima, considere que a tensão seja contínua, que a aceleração da gravidade vale 10m/s² e que o atrito pode ser desprezado. Nesse caso, para um elevador lotado, a potência média de saída do motor do elevador e a corrente elétrica máxima que passa no motor serão respectivamente de: a) 24kW e 109 A. b) 32kW e 145 A. c) 56kW e 255 A. d) 180kW e 818 A. e) 240kW e 1090A. 10. (ENEM-2016). Uma lâmpada LED (diodo emissor de luz), que funciona com 12V e corrente contínua de 0,45A, produz a mesma quantidade de luz que uma lâmpada incandescente de 60W de potência. Qual é o valor da redução da potência consumida ao se substituir a lâmpada incandescente pela de LED? a) 54,6W b) 27,0W c) 26,6W d) 5,4W e) 5,0W 11.(ENEM-2016). Um eletricista deve instalar um chuveiro que tem as especificações 220 V — 4 400 W a 6 800 W. Para a instalação de chuveiros, recomenda-se uma rede própria, com fios de diâmetro adequado e um disjuntor dimensionado à potência e à corrente elétrica previstas, com uma margem de tolerância próxima de 10%. Os disjuntores são dispositivos de segurança utilizados para proteger as instalações elétricas de curtos- circuitos e sobrecargas elétricas e devem desarmar sempre que houver passagem de corrente elétrica superior à permitida no dispositivo. Para fazer uma instalação FÍSICA ELETROMAGNETISMO 39 segura desse chuveiro, o valor da corrente máxima do disjuntor deve ser a) 20A. b) 25A. c) 30A. d) 35A. e) 40A. Gabarito: 1E 2C 3E 4A 5C 6C 7A 8A 9C 10A 11D FÍSICA ELETROMAGNETISMO 40 E = P. t E = energia (J, KWh) P = potência (W) t = tempo (s)No SI a unidade de energia é o joule (J), mas também é muito utilizado o kWh. 1kWh é a energia consumida, com potência de 1kW, durante 1 hora. EXERCÍCIOS BÁSICOS 1. Qual é o consumo de energia, durante um mês, em kWh, de um chuveiro de 4000W, que é utilizado meia hora por dia? 2. Qual é o consumo de energia, em kWh de uma lâmpada de 60W que fica acesa 5h por dia durante os 30 dias do mês? 3. Em um ferro elétrico, lê-se a inscrição 600W-120V. Isso significa que, quando o ferro elétrico estiver ligado a uma tensão de 120V, a potência desenvolvida será de 600W. Calcule a energia elétrica (em kWh) consumida em 2h. 4. Uma torradeira dissipa uma potência de 3000W. Ela é utilizada durante 0,5h. Pede-se: a) a energia elétrica consumida em kWh; b) o custo da operação, considerando o preço do kWh igual a R$ 0,12. 5. Uma lâmpada de 100W permanece acesa durante 20h. a) Determine a energia elétrica consumida em kWh; b) Determine o custo que essa lâmpada representa considerando o preço do kWh igual a R$ 0,12. 6. Um ferro elétrico consome uma potência de 1100W quando ligado a uma tensão de 110V. a) Qual a energia consumida (em kWh) em 2 horas; b) Qual é o custo da operação para 2 horas, sabendo que o preço do kWh é de R$ 0,12? 7. Um fio de resistência elétrica igual a 50 é submetido a uma ddp de 20V. Qual a energia dissipada no fio em 1 minuto? EXERCÍCIOS COMPLEMENTARES 1-(Ufjf) Um estudante de ensino médio, que costuma usar o computador para fazer pesquisas na internet, esquece o computador ligado durante 60 horas num final de semana. Sabendo-se que, nessa situação, a potência elétrica dissipada pelo computador é de 240 W, a energia desnecessariamente gasta enquanto o computador esteve ligado foi de: a) 4 kWh. b) 14,4 W/h. c) 4 J. d) 14,4 kJ. e) 14,4 kWh. 3-(Faap) Uma casa possui 10 lâmpadas que permanecem acesas 6 horas por dia. Sendo de 100 watts a potência elétrica de cada lâmpada, a energia gasta num mês, em quilowatt-hora, é de: a) 10 b) 30 c) 60 d) 120 e) 180 4-(Fuvest) Ganhei um chuveiro elétrico de 6050W - 220V. Para que esse chuveiro forneça a mesma potência na minha instalação, de 110V, devo mudar a sua resistência para o seguinte valor, em ohms: a) 0,5 b) 1,0 c) 2,0 d) 4,0 e) 8,0 ENERGIA CONSUMIDA FÍSICA ELETROMAGNETISMO 41 5-(G1) Um chuveiro elétrico com especificações 220V - 2.000W é ligado , diariamente, durante quinze minutos. Sabendo-se que cada kWh custa R$ 0,60, calcule o total a ser pago durante 1 mês. 6-(Ufv) O filamento de uma lâmpada incandescente, ligada a uma tomada de 120 V, possui uma resistência de 200. Sendo R$ 0,20 o custo do quilowatt-hora, quando a lâmpada permanecer acesa durante 100 horas, o valor gasto em reais será de: a) 1,60. b) 2,40. c) 4,00. d) 1,44. e) 4,80. 7-(Pucsp) Uma das alternativas usadas pelas companhias de eletricidade para reduzir o consumo de energia elétrica nos períodos de grande demanda é reduzir os valores da tensão estabelecida nas residências. Suponha uma torradeira cujos dados nominais são 120V-1200W e que será utilizada em determinado mês (30 dias) na tensão de 108V. Sabendo-se que a torradeira é utilizada diariamente por 10 minutos, a sua economia será de a) 1,14 kWh b) 6 kWh c) 0,6 kWh d) 1,2 kWh e) 1,08 kWh 8-(Ufpe) Um chuveiro elétrico funciona a uma potência de 3600W. Qual o consumo mensal de energia, em kWh, se ele é usado durante 15 minutos diariamente? Considere o mês com 30 dias. a) 27 b) 25 c) 23 d) 21 e) 19 SE LIGA NO ENEM!!! 01. (ENEM/2001 ) “...O Brasil tem potencial para produzir pelo menos 15 mil megawatts por hora de energia apartir de fontes alternativas. Somente nos Estados da região Sul, o potencial de geração de energia por intermédio das sobras agrícolas e florestais é de 5.000 megawatts por hora. Para se ter uma idéia do que isso representa, a usina hidrelétrica de Ita, uma das maiores do país, na divisa entre o Rio Grande do Sul e Santa Catarina, gera 1.450 megawatts de energia por hora.” Esse texto, transcrito de um jornal de grande circulação, contém, pelo menos, um erro conceitual ao apresentar valores de produção e de potencial de geração de energia. Esse erro consiste em (A) apresentar valores muito altos para a grandeza energia. (B) usar unidade megawatt para expressar os valores de potência. (C) usar unidades elétricas para biomassa. (D) fazer uso da unidade incorreta megawatt por hora. (E) apresentar valores numéricos incompatíveis com as unidades. 02. (ENEM/2010) A energia elétrica consumida nas residências é medida, em quilowatt-hora, por meio de um relógio medidor de consumo. Nesse relógio, da direita para esquerda, tem-se o ponteiro da unidade, da dezena, da centena e do milhar, Se um ponteiro estiver entre dois números, considera-se o último número ultrapassado pelo ponteiro. Suponha que as medidas indicadas nos esquemas seguintes tenham sido feitas em uma cidade em que o preço do quilowatt-hora fosse de R$ 0,20. FÍSICA ELETROMAGNETISMO 42 O valor a ser pago pelo consumo de energia elétrica registrado seria de a) R$ 41,80. b) R$ 42.00. c) R$ 43.00. d) R$ 43,80. e) R$ 44,00. 03. (ENEM/2005) Podemos estimar o consumo de energia elétrica de uma casa considerando as principais fontes desse consumo. Pense na situação em que apenas os aparelhos que constam da tabela abaixo fossem utilizados diariamente da mesma forma. Tabela: A tabela fornece a potência e o tempo efetivo de uso diário de cada aparelho doméstico. Supondo que o mês tenha 30 dias e que o custo de 1 KWh é de R$ 0,40, o consumo de energia elétrica mensal dessa casa, é de aproximadamente (A) R$ 135. (B) R$ 165. (C) R$ 190. (D) R$ 210. (E) R$ 230. 04. (ENEM/2009/VAZADO) Uma estudante que ingressou na universidade e, pela primeira vez, está morando longe da sua família, recebe a sua primeira conta de luz: Se essa estudante comprar um secador de cabelos que consome 1000W de potência e considerando-se que ela e suas 3 amigas utilizem esse aparelho por 15 minutos cada uma durante 20 dias no mês, o acréscimo em reais na sua conta mensal será de: a) R$10,00. b) R$12,50. c) R$13,00. d) R$13,50. e) R$14,00. Gabarito: 1D 2E 3E 4B FÍSICA ELETROMAGNETISMO 43 Em nosso dia-a-dia utilizamos vários aparelhos elétricos onde são empregados circuitos com dois ou mais resistores. Em muitos destes circuitos utiliza-se uma associação de resistores. A associação de resistores pode ocorrer basicamente de três maneiras diferentes: Associação em série, associação em paralelo e associação mista. CIRCUITO SÉRIE Na associação em série todos os resistores são percorridos pela mesma corrente elétrica. Nesse tipo de circuito, se uma lampada queimar todas apagam, isso ocorre porquê a corrente eletrica só tem um caminho para passer. PROPRIEDADES DO CIRCUITO EM SÉRIE. RESISTÊNCIA RT = R1 + R2 + R3+…Rn TENSÃO OU DDP UT = U1 +U2 + U3 +…Un INTENSIDADE DE CORRENTE ELÉTRICA iT = i1 = i2 = i3 = in EXERCÍCIOS BÁSICOS 01. Determine a resistência equivalente os extremos A e B da associação esquematizadas. 02. Associam-se em série dois resistores, sendo R1 = 10 e R2 = 15. A ddp entre os extremos da associação é de 100V. Determine: a) A resistência equivalente da associação b) A intensidade de corrente que atravessa cada resistor; c) A ddp em cada resistor. 03. Dois resistores de resistências, R1 = 4 e R2 = 6 . Estão associados em série. A ddp medidaentre as extremidades do resistor R1 é U1 = 24 V. Determine: ASSOCIAÇÃO DE RESISTORES http://www.efeitojoule.com/2008/05/vestibular-faculdades-resistor.html http://www.efeitojoule.com/2008/04/corrente-eletrica.html FÍSICA ELETROMAGNETISMO 44 RnRRRRT 1 ... 3 1 2 1 1 11 21 21. RR RR RT a) A intensidade de corrente que atravessa R2; b)A ddp U2, entre os terminais de R2, e a ddp U, entre os extremos A e B da associação. c) A resistência equivalente da associação 04. Considere a associação em série de resistores esquematizadas abaixo. Sejam R1 = 2 e R2 = 4 e R3 = 6. A ddp U, entre os extremos A e B da associação é de 36 V. Determine: a) A resistência equivalente da associação b) A ddp entre os terminais de R2. CIRCUITO PARALELO A associação de resistores em paralelo é um conjunto de resistores ligados de maneira a todos receberem a mesma diferença de potencial (ddp). https://sites.google.com/site/seligafisicaparatodos/associacao-de-resistores PROPRIEDADES DO CIRCUITO PARALELO. RESISTÊNCIA Para um conjunto de n resistores, teremos: Para dois resistors em paralelo vale a pena saber que: TENSÃO OU DDP UT = U1 = U2 = U3 =…Un INTENSIDADE DE CORRENTE ELÉTRICA iT = i1 + i2 + i3 + in Nota!!! Como todos sabemos que o ENEM nos cobra conhecimentos cotidianos, então peça a seu professor para ligar algumas lâmpadas com você pode ser em uma pilha mesmo… Note que os contatos para a lâmpada acender, estão indicados na figura acima. http://www.efeitojoule.com/2008/04/tensao-eletrica-e-ddp.html FÍSICA ELETROMAGNETISMO 45 EXERCÍCIOS BÁSICOS 01. No circuito esquematizado determine: a) A resistência equivalente da associação; b) A intensidade de corrente em cada resistor (i1 e i2); c) A intensidade de corrente que atravessa a associação (i). 02. Para o circuito esquematizado determine: a) A resistência elétrica R3. b) A intensidade de corrente elétrica i1; c) A resistência equivalente da associação; 03. Para o circuito esquematizado determine: a) A resistência equivalente entre os extremos A e B; b) A ddp U, entre os extremos A e B; c) As intensidades de correntes (i2 e i); 04. No circuito esquematizado abaixo, determine a resistência equivalente da associação e a intensidade de cada uma das correntes assinaladas. 05. (UFMA) No circuito esquematizado abaixo, determine os valores de i2 e R2 respectivamente. CIRCUITO MISTO 01. Determine a resistência equivalente os extremos A e B da associação esquematizadas. FÍSICA ELETROMAGNETISMO 46 02. Na associação abaixo, a ddp entre os extremos A e B é de 24 V. Determine as intensidades de correntes i, i1, i2, 03. Na associação ao abaixo, a intensidade da corrente elétrica é igual a 4A. a) Determine a intensidade de corrente i. b) A ddp entre os extremos C e D; c) As intensidades de correntes i1 e i2. 03. Na associação ao abaixo, a intensidade da corrente elétrica é igual a 4A. a) Determine as intensidades de correntes i1 e i; b) A ddp entre os extremos C e D; 04. Calcule a intensidade de corrente no resistor de 10 no circuito indicado . 05. Considerando a associação a seguir, aplicando uma ddp de 60V entre os pontos A e B. Determine as intensidades de correntes i, i1 e i2. FÍSICA ELETROMAGNETISMO 47 Curto Circuito Como o próprio nome diz, o circuito misto, é uma mistura do série como o circuito paralelo. Importante!!! Você deve dominar a teoria dos circuitos série e paralelo, caso não saiba essa teoria reveja os dois circuitos em casa, novamente. EXERCÍCIOS BÁSICOS 01. Determine a resistência equivalente os extremos A e B da associação esquematizadas. 02. Determine a resistência equivalente os extremos A e B da associação esquematizadas. 03. Determine a resistência equivalente os extremos A e C, B e C, A e B da associação esquematizadas. 04. Determine os valores de i1, i2, i3, no circuito abaixo: FÍSICA ELETROMAGNETISMO 48 AMPERÍMETROS E VOLTÍMETROS: VOLTÍMETRO http://www.switchfan.com.pt/6-1-1-analog-ammerer.html Aparelho utilizado para medir a diferença de potencial entre dois pontos; por esse motivo deve ser ligado sempre em paralelo com o trecho do circuito do qual se deseja obter a tensão elétrica. Se sua resistência interna for muito alta, comparada às resistências do circuito, consideramos o aparelho como sendo ideal. Disponível em: http://www.infoescola.com/eletricidade/voltimetro-e-amperimetro/ AMPERÍMETRO http://www.switchfan.com.pt/6-1-1-analog-ammerer.html Aparelho utilizado para medir a intensidade de corrente elétrica que passa por um fio. Pode medir tanto corrente contínua como corrente alternada. A unidade utilizada é o àmpere. O amperímetro deve ser ligado sempre em série, para aferir a corrente que passa por determinada região do circuito. Para isso o amperímetro deve ter sua resistência interna muito pequena, a menor possível. Disponível em: http://www.infoescola.com/eletricidade/voltimetro-e-amperimetro/ EXERCÍCIOS BÁSICOS 01. Para o trecho de circuito esquematizado abaixo, determine as leituras dos amperímetros e voltímetros, supostos ideais. 02. Qual a leitura do voltímetro ideal no circuito esquematizado abaixo? 03. Determine a leitura do amperímetro ideal nos circuitos. DICA!!! Resolva o circuito normalmente, como se não existisse o aparelho, o amperímetro registra-ra a corrente que passa no resistor que está em série com ele. Já o voltímetro vai registrar a ddp do resistor que for ligado em paralelo com ele. No ENEM esse assunto tem sido cobrado com uma certa frequência. APARELHOS DE MEDIDAS ELÉTRICAS http://www.infoescola.com/eletricidade/diferenca-de-potencial/ http://www.infoescola.com/fisica/tensao-eletrica/ http://www.infoescola.com/fisica/corrente-eletrica/ http://www.infoescola.com/fisica/corrente-continua/ http://www.infoescola.com/fisica/corrente-continua/ http://www.infoescola.com/eletromagnetismo/corrente-alternada/ FÍSICA ELETROMAGNETISMO 49 EXERCÍCIOS COMPLEMENTARES 01- (UFMG) Um professor pediu a seus alunos que ligassem uma lâmpada a uma pilha com um pedaço de fio de cobre. Nestas figuras, estão representadas as montagens feitas por quatro estudantes: Considerando-se essas quatro ligações, é CORRETO afirmar que a lâmpada vai acender apenas a) na montagem de Mateus. b) na montagem de Pedro. c) nas montagens de João e Pedro. d) nas montagens de Carlos, João e Pedro. 02 - (FEPECS DF) Considere a figura: Entre os terminais A e B, aplica-se uma diferença de potencial de 20V. A intensidade da corrente na associação é: a) 1A b) 2A c) 3A d) 4A e) 5A 03 - (PUC RJ) Três resistores idênticos de 30R estão ligados em paralelo com uma bateria de 12 V. Pode-se afirmar que a resistência equivalente do circuito é de a) 1,2A é corrente a e ,10eqR . b) 0,6A é corrente a e ,20eqR . c) 0,4A é corrente a e ,30eqR . d) 0,3A é corrente a e ,40eqR . e) 0,2A é corrente a e ,60eqR . 04 - (UFMA) No circuito abaixo, os valores de R2 e i2 são, respectivamente: a) A20 ;20 b) A 10 ; 20 c) A 20 ;10 d) A 10 ;10 e) A 20 ;30 05-Dois resistores idênticos de 20R estão ligados a uma bateria conforme o esquema abaixo. Pode-se afirmar que a resistência equivalente do circuito e a corrente elétrica total vale: a) 10A é corrente a e ,5eqR . b) 10A é corrente a e ,10eqR . FÍSICA ELETROMAGNETISMO 50 c) 5A é corrente a e ,20eqR . d) 10A é corrente a e ,40eqR . e) 10A é corrente a e ,60eqR . 06-(PUC RS)Uma força eletromotriz contínua e constante é aplicada sobre dois resistores conforme representa o esquema abaixo. A diferença de potencial, em volts, entre os pontos A e B do circuito, vale: a) 20 b) 15 c) 10 d) 8 e) 6 7. (Pucpr) Considere o circuito elétrico: O valor da corrente do circuito é de: a) 1,2 A b) 12 A c) 6,0 A d) 10 A e) 1,0 A 8. (Fei) Dois resistores R1=20 e R2=30 são associados em paralelo. À associação é aplicada uma ddp de 120V. Qual é a intensidade da corrente na associação? a) 3,0 A b) 2,4 A c) 0,41 A d) 0,1 A e) 10,0 A 9. Qual o valor da corrente elétrica que passa pelo resistor de 6? a) 3,0 A b) 2,0 A c) 0,41 A d) 0,1 A e) 10,0 A 10. Qual a ddp entre os pontos A e B do circuito? a) 12 V b) 10 V c) 8 V d) 4 V e) 2 V FÍSICA ELETROMAGNETISMO 51 CIRCUITOS MISTO: 11. (Mackenzie) No circuito elétrico anterior, o amperímetro A, o voltímetro V e o gerador são ideais. A leitura do amperímetro é 2,0 A, qual a ddp total é, a) 6,0 V b) 42 V c) 10 V d) 10,5 V e) 20 V 12. (Uel) No circuito esquematizado, três resistores iguais, de 6,0 cada, são ligados a uma fonte de tensão de 18V. A corrente elétrica i no circuito, em amperes, vale: a) 3,0 b) 2,0 c) 2,5 d) 1,0 e) 0,50 13. (Fei) Qual é a resistência equivalente da associação a seguir? a) Req = 20 b) Req = 30 c) Req = 20/3 d) Req = 10 e) Req = 15 14. (UFAM) No circuito elétrico mostrado na figura abaixo, 221 RR e 43R . A corrente passa pelo resistor R1 vale: a) 4 A b) 2 A c) 3 A d) 1 A e) 5 A Gabarito: 1C 2B 3A 4A 5B 6B 7A 8E 9B 10C 11E 12B 13E 14C FÍSICA ELETROMAGNETISMO 52 SE LIGA NO ENEM!!! 01. (ENEM-2013) Um circuito em série é formado por uma pilha, uma lâmpada incandescente e uma chave interruptora. Ao se ligar a chave, a lâmpada acende quase instantaneamente, irradiando calor e luz. Popularmente, associa-se o fenômeno da irradiação de energia a um desgaste da corrente elétrica, ao atravessar o filamento da lâmpada, e à rapidez com que a lâmpada começa a brilhar. Essa explicação está em desacordo com o modelo clássico de corrente. De acordo com o modelo mencionado, o fato de a lâmpada acender quase instantaneamente está relacionado à rapidez com que e a) o fluido elétrico se desloca no circuito. b) as cargas negativas móveis atravessam o circuito. c) a bateria libera cargas móveis para o filamento da lâmpada. d) o campo elétrico se estabelece em todos os pontos do circuito. e) as cargas positivas e negativas se chocam no filamento da lâmpada. 02. (ENEM/2011) Um curioso estudante, empolgado com a aula de circuito elétrico que assistiu na escola, resolve desmontar sua lanterna. Utilizando-se da lâmpada e da pilha, retiradas do equipamento, e de um fio com as extremidades descascadas, faz as seguintes ligações com a intenção de acender a lâmpada: Tendo por base os esquemas mostrados, em quais casos a lâmpada acendeu? a) (1), (3), (6) b) (3), (4), (5) c) (1), (3), (5) d) (1), (3), (7) e) (1), (2), (5) 03. (ENEM-2015) Um estudante, precisando instalar um computador, um monitor e uma lâmpada em seu quarto, verificou que precisaria fazer a instalação de duas tomadas e um interruptor na rede elétrica. Decidiu esboçar com antecedência o esquema elétrico. “O circuito deve ser tal que as tomadas e a lâmpada devem estar submetidas à tensão nominal da rede elétrica e a lâmpada deve poder ser ligada ou desligada por um interruptor sem afetar os outros dispositivos” — pensou. 04. (ENEM-2013) Um eletricista analisa o diagrama de uma instalação elétrica residencial para planejar medições de tensão e corrente em uma cozinha. Nesse ambiente existem uma geladeira (G), uma tomada (T) e uma lâmpada (L), conforme a figura. O eletricista deseja medir a tensão elétrica aplicada à geladeira, a corrente total e a corrente na lâmpada. Para isso, ele dispõe de um voltímetro (V) e dois amperímetros (A). FÍSICA ELETROMAGNETISMO 53 Para realizar essas medidas, o esquema da ligação dessas instrumentos está representado em: 05. (ENEM-2014) Um sistema de iluminação foi construído com um circuito de três lâmpadas iguais conectadas a um gerador (G) de tensão constante. Esse gerador possui uma chave que pode ser ligada nas posições A ou B. Considerando o funcionamento do circuito dado, a lâmpada 1 brilhará mais quando a chave estiver na posição a) B, pois a corrente será maior nesse caso. b) B, pois a potência total será maior nesse caso. c) A, pois a resistência equivalente será menor nesse caso. d) B, pois o gerador fornecerá uma maior tensão nesse caso. e) A, pois a potência dissipada pelo gerador será menor nesse caso. 06. (ENEM-2016) Por apresentar significativa resistividade elétrica, o grafite pode ser utilizado para simular resistores elétricos em circuitos desenhados no papel, com o uso de lápis e lapiseiras. Dependendo da espessura e do comprimento das linhas desenhadas, é possível determinar a resistência elétrica de cada traçado produzido. No esquema foram utilizados três tipos de lápis diferentes (2H, HB e 6B) para efetuar três traçados distintos. Munido dessas informações, um estudante pegou uma folha de papel e fez o desenho de um sorvete de casquinha utilizando-se desses traçados. Os valores encontrados nesse experimento, para as resistências elétricas (R), medidas com o auxílio de um ohmímetro ligado nas extremidades das resistências, são mostrados na figura. Verificou-se que os resistores obedeciam à Lei de Ohm. Na sequência, conectou o ohmímetro nos terminais A e B do desenho e, em seguida, conectou-o nos terminais B e C, anotando as leituras RAB e RBC, respectivamente. Ao estabelecer a razão RAB/RBC , qual resultado o estudante obteve? FÍSICA ELETROMAGNETISMO 54 a) 1 b) 7/4 c) 27/10 d) 81/14 e) 81/4 GABARITO: 1D 2D 3E 4E 5C 6B FÍSICA ELETROMAGNETISMO 55 d A C .0 O que são capacitores? São dispositivos elétricos, que tem como finalidade acumular carga elétrica, de forma que ele possa liberar essa carga para ser usado por um outro dispositivo do circuito. A capacitância Está ligado a quantidade de carga que o capacitor acumula por volt. U Q C C = capacitância, medida em Farad (F). Q = caragas elétricas, medida em Coloumb (C). V = tensão, medida em Volt (V). Aplicação dos capacitores Existem variações nos modelos dos capacitores, para se adequarem a diferentes utilizações. Como dito anteriormente, o material dielétrico influencia na situação a qual o capacitor será usado. São dispositivos encontrados facilmente em circuitos eletrônicos, e outros lugares como, por exemplo: Sensores; Absorver picos e preencher vales em sinais elétricos; Divisor de frequência em sistemas de áudio; Armazenamento de carga e sistemas de flash em câmeras fotográficas; Em conjuntos de transistores em memórias DRAM; Como baterias temporárias e som automotivo (mega capacitor); Laser de alta potencia (banco de capacitores); Radares (banco de capacitores); Aceleradores de partículas (banco de capacitores); Sintonizadores de rádio (capacitor variável); No start de motores de portão eletrônico (capacitor de partida); Em fontes de alimentação; FONTE: https://www.mundodaeletrica.com.br/como-funcionam- os-capacitores/ DENTRO DO CAPACITOR Outra forma de se encontrar a capacitância é: Duas placas de metal ligadas a uma fonte de alimentação, e um material dielétrico entre as placas. Onde: C = capacitância, medida em Farad (F). A= área 0 = é a permissividade eletrostática do meio (vácuo ou espaço livre); A= área das placas; d = distância entre as placas do capacitor. CAPACITORES https://www.mundodaeletrica.com.br/associacao-de-fontes-de-tensao/ https://www.mundodaeletrica.com.br/como-funcionam-os-capacitores/ https://www.mundodaeletrica.com.br/como-funcionam-os-capacitores/ FÍSICA ELETROMAGNETISMO 56 Representação: Quando estudamos um circuito, por exemplo, precisamos de uma forma simples de representar os elementos que o constituem. Para capacitores a representação é a seguinte: Disponível:http://www.licoesdeexatas.com.br/associacao-de-capacitores/ Exercícios complementares 01. (PUC MG) Você dispõe de um capacitor de placas planas e paralelas. Se dobrar a área das placas e dobrar a separação entre elas, a capacitância original ficará: a) inalterada b) multiplicada por dois c) multiplicada por quatro d) dividida por dois e) dividida por quatro 02. (PUC MG) Se dobrarmos a carga acumulada nas placas de um capacitor, a diferença de potencial entre suas placas ficará: a) inalterada. b) multiplicada por quatro. c) multiplicada por dois. d) dividida por quatro. e) dividida por dois. 03. (UFLA MG) Considerando o gráfico abaixo, determine o trabalho necessário para carregar um capacitor, inicialmente descarregado, até uma carga q = 10 C a) W = 1 mJ b) W = 50 J c) W = 100 J d) W = 500 J e) W = 0 J 04 - (UFLA MG) A energia armazenada num capacitor de 10.000 F, submetido a uma diferença de potencial de 16V, se descarrega num motor sem atrito, arranjado para erguer um bloco de 0,10 kg de massa. Qual é a altura máxima atingida pelo bloco, em metros? (Adote g = 10 m/s2) a) 0,24 m b) 1,56 m c) 1,28 m d) 2,15 m e) 3,21 m GABARITO 1A 2C 3B 4C ASSOCIAÇÃO DE CAPACITORES Muitos equipamentos, que utilizam de capacitor, precisam de mais de um capacitor em sua estrutura. Por esse motivo utilizam de um arranjo constituído de alguns capacitores em série ou em paralelo. SÉRIE Propriedades: QT = Q1 = Q2 = Q3 ...Qn UT = U1 + U2 + U3…Un FÍSICA ELETROMAGNETISMO 57 PARALELO Propriedades: QT = Q1 + Q2 + Q3…Qn UT = U1 = U2 = U3…Un Exercícios complementares 01. (OSEC SP) Três capacitores C1 = 3,0 F, C2 = 5,0 F e C3 = 8,0 F quando associados produzem um capacitor de 4,0 F. A associação que produz este resultado é: 02. (MACK SP) Dois capacitores, de capacidades C1 = 3 nF e C2 = 2 nF, são associados em série e o conjunto é submetido à d.d.p. de 5 V. A carga elétrica armazenada por essa associação é: a) 2,4 10–10 C b) 6,0 10–10 C c) 3,0 10–10 C d) 6,0 10–9 C e) 12 10–9 C 03. (OSEC SP) Dois capacitores de mesma capacidade C = 2 . 10–6F são associados em série e aos terminais da associação é aplicada a diferença de potencial U = 20V. Qual é a carga, em Coulomb, de cada capacitor? a) 2 . 10–6 b) 1 . 10–6 c) 2 . 10–5 d) 1 . 10–5 e) 4 . 10–5 04. (OSEC SP) Dois capacitores estão ligados em série a uma bateria de 40V. As tensões nos capacitores de 2,0F e 6,0F são, respectivamente: a) 30V e 10V b) 10V e 30V c) 30V e 30V d) 20V e 20V e) 5V e 35V 05. (MACK SP) A carga elétrica que a associação de capacitores abaixo armazena, quando estabelecemos entre A e B a d.d.p. de 22 V, é: a) 22 C FÍSICA ELETROMAGNETISMO 58 2 . 2UC E b) 33 C c) 44 C d) 66 C e) 88 C Gararito 1C 2 3C 4A 5E SE LIGA NO ENEM!!! 01. (ENEM-2016). Um cosmonauta russo estava a bordo da estação espacial MIR quando um de seus rádios de comunicação quebrou. Ele constatou que dois capacitores do rádio de 3μF e 7μF ligados em série estavam queimados. Em função da disponibilidade, foi preciso substituir os capacitores defeituosos por um único capacitor que cumpria a mesma função. Qual foi a capacitância, medida em μF, do capacitor utilizado pelo cosmonauta? a) 0,10 b) 0,50 c) 2,1 d) 10 e) 21 02. (UERJ- MODELO ENEM) Para a segurança dos clientes, o supermercado utiliza lâmpadas de emergência e rádios transmissores que trabalham com corrente contínua. Para carregar suas baterias, no entanto, esses dispositivos utilizam corrente alternada. Isso é possível graças a seus retificadores que possuem, cada um, dois capacitores de F 400.1 , associados em paralelo. Os capacitores, descarregados e ligados a uma rede elétrica de tensão máxima igual a 170 V, estarão com carga plena após um certo intervalo de tempo t. Considerando t, a carga elétrica total acumulada é de, a) 0,12C b) 0,24C c) 0,48C d) 0,96C e) 1,24C 03. (MODELO ENEM) Numa fábrica, trabalha-se com um pó inflamável que entra em combustão quando atingido por uma faísca elétrica de energia igual ou su- perior a 0,1 mJ = 10−4 J. É comum que um operário adquira carga elétrica por eletrização ao caminhar, por exemplo, sobre uma superfície rugosa. Considere que o operário tenha uma capacitância equivalente a 2 · 10−10 F. Sendo a energia acumulada no capacitor dada por: Qual o máximo valor de diferença de potencial em relação ao ambiente que o operário pode carregar a fim de evitar que uma faísca incendeie o pó inflamável? a. 10 V b. 20 V c. 100 V d. 200 V e. 1000 V Gabarito 1C 2C FÍSICA ELETROMAGNETISMO 59 GERADOR ELÉTRICO "Levando-se em conta a resistência interna do gerador, percebemos que a ddp U entre os terminais é menor do que a força eletromotriz (fem), devido à perda de ddp na resistência interna." U = - r.i U = ddp ( tensão ou diferença de potencial) (V) = Força eletromotriz (V) r = Resistência interna da bateria (Ω) I = Corrente elétrica (A) EXERCÍCIOS BÁSICOS 01-(FGV-SP) A unidade de medida de potencial elétrico do Sistema Internacional é o volt (V), que também é unidade da grandeza física chamada a) força elétrica. b) carga elétrica. c) corrente elétrica. d) força eletromotriz. e) campo magnético. 02-(UC-MG) Uma bateria de automóvel apresenta esta curva característica. A resistência interna da bateria vale, em ohms: a) 0,25 b) 0,50 c) 1,0 d) 3,0 e) 4,0 03-(UEPR)- Um gerador funcionara em regime de potencia útil máxima, quando sua resistência interna for igual : a) Á resistência equivalente do circuito que ele alimenta; b) Á metade de sua resistência equivalente do circuito que ele alimenta ; c) Ao dobro da resistência equivalente do circuito que ele alimenta; d) Ao quádruplo da resistência equivalente do circuito que ele alimenta e) Á quarta parte da resistência equivalente do circuito que ele alimenta. 04-(CFT-MG) Observe o gráfico característico de um gerador. Se uma lâmpada de resistência 3,5 Ω for ligada emsérie com esse gerador, a corrente elétrica na lâmpada, em ampères, será: a) 2,5 b) 3,0 c) 7,5 d) 10 e) 15 FÍSICA ELETROMAGNETISMO 60 05 - (FFFCMPA RS) A figura abaixo representa uma bateria, com força eletromotriz de 3V e resistência interna de 1 , alimentando um receptor com resistência de 2 . A intensidade da corrente elétrica na resistência interna da bateria e a energia elétrica dissipada em 1min em todo o circuito são, respectivamente, a) 1 A e 1 J. b) 1 A e 3 J. c) 1 A e 180 J. d) 3 A e 3 J. e) 3 A e 180 J. Gabarito 1D 2D 3A 4A 5C SE LIGA NO ENEM!!! 01. (CPS-SP - MODELO ENEM) As pilhas e baterias são classificadas pela Associação Brasileira de Normas Técnicas – ABNT – como lixo perigoso. Agressivas ao meio ambiente e de difícil reciclagem, apresentam em suas composições substâncias tóxicas como chumbo, cádmio e mercúrio, que podem contaminar o solo e a água. Você já deve ter observado a existência de pilhas e baterias de diversos tamanhos que fornecem a mesma voltagem. O tamanho da pilha ou da bateria está diretamente relacionado com a intensidade a) da força elétrica no processo de indução. b) da força de interação entre cargas elétricas. c) da carga elétrica no interior do campo elétrico. d) do campo elétrico criado por um corpo eletrizado. e) de corrente elétrica que ela deve fornecer a um circuito. 02. (FUVEST-SP-MODELO ENEM) Com quatro pilhas ideais de 1,5V e fios de ligação, podem-se montar os circuitos esquematizados abaixo. Em qual deles a lâmpada brilhará mais intensamente? 03. (CFT-MG- MODELO ENEM) A figura representa o modo como um estudante colocou quatro pilhas novas em sua lanterna. Nessa situação, é correto afirmar que: a) a lâmpada irá queimar. b) a lanterna não irá acender. c) as pilhas durarão pouco tempo. d) a luz emitida terá um brilho forte. FÍSICA ELETROMAGNETISMO 61 04. (PUC MG-MODELO ENEM) Um pequeno motor elétrico utilizado em veículos automotivos (por exemplo, o motor do limpador de para-brisas) é ligado à bateria do veículo que lhe aplica uma voltagem VAB = 12V, fornecendo-lhe uma corrente de 5,0 A . O motor possui uma resistência interna r = 0,2 e, devido a essa resistência, parte da energia fornecida ao motor pela bateria transforma-se em calor (efeito Joule), fazendo com que o motor se aqueça. A energia restante é convertida em energia mecânica de rotação do motor. É CORRETO afirmar: a) A potência útil desse motor é de 55 w. b) O calor gerado por esse motor, em 1 minuto de funcionamento, é de 60J. c) A potência fornecida pela bateria ao motor é de 5 W. d) A potência dissipada por efeito joule é de 50% da potência fornecida pela bateria ao motor. 05. (UFPE-MODELO ENEM) Uma bateria elétrica possui uma força eletromotriz de 1,5 V e resistência interna 0,1 . Qual a diferença de potencial, em V, entre os pólos desta bateria se ela estiver fornecendo 1,0 A a uma lâmpada? a) 1,5 b) 1,4 c) 1,3 d) 1,2 e) 1,0 06. (UFRJ-MODELO ENEM) Uma bateria comercial de 1,5V é utilizada no circuito esquematizado abaixo, no qual o amperímetro e o voltímetro são considerados ideais. Varia-se a resistência R, e as correspondentes indicações do amperímetro e do voltímetro são usadas para construir o seguinte gráfico de voltagem (V) versus intensidade de corrente (I). Usando as informações do gráfico, o valor da resistência interna da bateria é de, a) 0,1 Ω b) 0,2 Ω c) 0,3 Ω d) 0,4 Ω e) 0,5 Ω 07.(Fuvest-MODELO ENEM) Seis pilhas iguais, cada uma com diferença de potencial V, estão ligadas a um aparelho, com resistência elétrica R, na forma esquematizada na figura. Nessas condições, a corrente medida pelo amperímetro A, colocado na posição indicada, é igual a a) V/ R b) 2V/ R c) 2V/ 3R d) 3V/ R e) 6V/ R GABARITO 1E 2C 3B 4A 5B 6C 7B FÍSICA ELETROMAGNETISMO 62 RESPOSTAS DE ELETRODINÂMICA Corrente Elétrica 1- i= 10 A 2- i= 0,2 A 3- Q= 40 C 4- T= 300 s 5- Q= 96 C 6- Q= 40 C n= 2,5.1020 7- Q= 20 C n= 1,25.10-19 8- Q= 75 C 9- Q= 18 C 10- Q= 36 C 11- Na ligação metalica, os elétrons podem se movimentar livremente pelo metal. 12- A corrente elétrica produzida em pilhas ou baterias, provém de processos químicos, essa corrente é conhecida como corrente contínua (CC), já a corrente elétrica produzida nas usinas alterna a sua polaridade, hora é positiva e hora é negative, por isso é chamada de corrente alternada (AC) do inglês alternating current. 13- É o movimento ordenados dos elétrons. 14- Nas extremidades do conductor deve existir uma ddp, ou seja uma diferença de potencial, é a “força que impulsiona os elétróns”. 15- Usamos fita isolantes nas emendas dos circuitos, afim de evitar curto- circuito. 16- Q= 225C 17- i = 1,6A 18- i = 1,5A. Resistores 1- R= 22 Ω 2- U= 12 V 3- R= 20 Ω 4- i= 0,5 A 5- R= 5 Ω U= 15 V 6- R= 5 Ω 7- R= 10 Ω i= 10 A 8- R= 2 Ω i= 1,5 A U= 14 V Potência elétrica 01- P= 120 W 02- i= 0,5 A 03- P= 40 W 04- i= 0,1 A 05- R= 3 Ω 06- R= 20 Ω 07- 40W= 40J/s; 60W= 60J/s; 100W=100J/s 08- Ela irá queimar maior tensão, maior corrente. 09- Condutor ideal R=0; Não consome. 10- Ao se movimentar pelo metal, os elétrons colidem com a malha de ligações entre os elétrons fixos no metal, essa colisão gera calor, conhecido como efeito Joule. 11- a) Elétrica em Térmica. b) Elétrica em mecânica. c) Elétrica em luminosa e térmica. Energia consumida 1- E= 60 kwh/mês 2- E= 9 kwh/mês 3- E= 1,2 kwh/mês 4- E= 1,5 kwh X= 0,18 $ 5- E= 2 kwh X= 0,24 $ 6- E= 2,2 kwh X= 0,26 $ 7- P= 0,008 kwh E= 0,00013 kw Circuito Série 1- a- 30Ω b- 15Ω 2- a- 25Ω; 100V b- 4A c- 40V;60V 3- a- 6A b- 36V c- 10Ω 4- a- 12Ω b- 12V Circuito Paralelo 1- a- 2Ω b- 2A;4A c- 6A 2- a- 6Ω b- 15A c- 3Ω 3- a- 4Ω b- 60V c- 10A;15A 4- 6Ω; 20A 5- I2=20A; R2=20Ω Circuito Misto 1- a- 14Ω b- 2Ω c- 2,4Ω d- 10Ω e- 10Ω 2- 2A; 1A; 1A 3- 52V; 13Ω; 4A 4-0,4A 5-i=5A, i1=2,5A, i2=2,5A Curto circuito 1- A)30,0 Ω B)6,0 Ω C)5,0 Ω D)1,0 Ω 2- 1,0 Ω 3-Rac=2,0 Ω; Rbc =0; RaB=2,0 Ω. 4- i1 = 12A, i1 = 0, i1 = 0. Amperímetro e Voltímetros 1- V= 32V; A= 4A 2- V=8V 3- A= 6A; A= 2A; A= 4,2A FÍSICA ELETROMAGNETISMO 63 IMÃ A figura abaixo nos mostra uma ilustração do campo magnético em forma de barra. Se acrescentarmos limalhas de ferro em volta do ímã, veremos que elas passam a se orientar de forma análoga a de uma bússola, formando linhas que, como já dito, são chamadas de linhas de indução ou linhas de campo de indução magnético. A TERRA É UM IMÃ GIGANTE CURIOSIDADE A magnetosfera é a região do espaço em torno da Terra, onde o campo magnético dominante é o campo magnético da terra, em vez do campo magnético do espaço interplanetário. A magnetosfera é formado pela interação do vento solar com o campo magnético da Terra. Magnetosfera funciona como um colchão protetor, existente entre os ventos solares e a própria Terra, nos protegendo de várias anomalias do espaço, principalmente os ventos solares, a radiação solar e outros raios cósmicos. FONTE:http://www.infoescola.com/astronomia/magnetosfera MAGNETISMO Nota!!! As limalias de ferro, se orientam exatamente sobre as linhas de campo magnético. As linhas não se tocam, e partem sempre do pólo norte para o pólo sul. Observe a bússola na figura abaixo,como ela também segue a orientação das linhas FÍSICA ELETROMAGNETISMO 64 EXERCÍCIOS BÁSICOS 01. (FMTM MG) A histerese magnética é o comportamento que certos materiais possuem nos períodos de imantação e desimantação, ou seja, resistência à modificação do campo magnético. Assim, os ciclos da histerese caracterizam materiais: a) ferromagnéticos. b) diamagnéticos. c) paramagnéticos. d) ferromagnéticos e paramagnéticos. e) diamagnéticos e ferromagnéticos. 02. (Fac. Santa Marcelina SP) Pesquisadores verificaram a alta incidência de leucemia em crianças que moram perto de cabos de alta-tensão e também de linfomas e outros tipos de neoplasias malignas em adultos que trabalham com transformadores, fios de alta-tensão e em estações de radar. Nesses casos, é correto concluir que essas doenças são provocadas devido à intensa exposição de pessoas a campos de origem a) eletromagnética. b) mecânica. c) termodinâmica. d) inercial. e) gravitacional. 03. (UNIFOR CE) Um ímã, com certeza, NÃO atrai: a) uma arruela de ferro. b) um prego. c) uma lâmina de barbear. d) uma panela de ferro. e) uma caneca de alumínio. 04. (PUC MG) Uma bússola pode ajudar uma pessoa a se orientar devido à existência, no planeta Terra, de: a) um mineral chamado magnetita. b) ondas eletromagnéticas. c) um campo polar. d) um campo magnético. 05. (UNIFENAS MG) O desenho representa um ímã X dividido em três partes. Considere as afirmativas: I. As pontas A e C se repelem. II. As pontas B e D se atraem. III. As pontas A e D se repelem. a) a afirmativa I é verdadeira. b) a afirmativa II é verdadeira. c) a afirmativa III é verdadeira. d) todas as afirmativas são falsas e) todas as afirmativas são verdadeiras. 06. (UERJ) Uma agulha magnética atravessada numa rolha de cortiça flutua num recipiente que contém água, na posição mostrada na figura 1, sob a ação do campo magnético terrestre. Coloca-se, envolvendo o recipiente, um outro imã com seus pólos posicionados como indicado na figura 2: FÍSICA ELETROMAGNETISMO 65 A nova posição da agulha, sob a ação dos dois campos magnéticos, será: a. b. c. d. e. 07. (UFF RJ) Assinale a opção em que as linhas de indução do campo magnético de um ímã estão mais bem representadas. 08. (PUC RS) Num determinado local, observa-se que uma bússola está desviada de sua orientação habitual, conforme representa a figura abaixo: Conclui-se que, no local, além do campo magnético da Terra, atua outro campo, cuja orientação está representada em: a) b) c) d) e) 09. (PUC PR) Uma esfera de ferro é colocada próxima a um ímã, conforme figura. É correto afirmar: a) Somente a esfera atrai o ímã. b) Somente o ímã atrai a esfera. c) A atração do ímã pela esfera é maior que atração da esfera pelo ímã. d) A atração da esfera pelo ímã é maior que a atração do ímã pela esfera. e) A atração da esfera pelo ímã é igual à atração do ímã pela esfera. FÍSICA ELETROMAGNETISMO 66 10. (UFPA) Na figura abaixo, um ímã natural, cujos pólos magnéticos norte N e sul S estão representados, equilibra dois pregos 1 e 2. Os pontos A e B pertencem a 1 e os pontos C e D pertencem a 2. Nesta situação a) B e C são pólos norte b) A é um pólo norte e D um pólo sul c) A e D são pólos sul d) A é um pólo sul e B um pólo norte e) B é um pólo sul e D um pólo norte GABARITO 1A 2A 3E 4D 5A 6C 7E 8D 9E 10A. SE LIGA NO ENEM!!! 01. (UEL PR-MODELO ENEM) Não há registro de quando o ímã foi utilizado pela primeira vez na navegação. Há referências de que por volta do ano 1150 era obrigatória, para os viajantes chineses, em suas viagens tanto terrestres como marítimas, a atualização de uma caixa contendo uma agulha, uma pedra de magnetita (ímã) e uma linha. Pode-se considerar este simples aparato como sendo o embrião das atuais bússolas, que são úteis à navegação pois orientam-se na direção norte- sul terrestre. Em relação ao campo magnético terrestre, é correto afirmar: a) A Terra, ao girar, provocar uma distorção do campo gravitacional na direção norte-sul, dando origem ao campo magnético. b) Existem cargas em movimento no interior da Terra que fazem com que a Terra se comporte como um enorme ímã. c) A Terra, ao girar, cria uma aceleração centrípeta em sua superfície que faz com que a agulha de uma bússola alinhe-se ao longo do sei eixo de rotação, como se a Terra fosse um enorme ímã em movimento. d) Porque os pólos terrestres estão repletos de gelo, que cria um excesso de carga elétrica nessas regiões, fazendo com que a Terra se comporte como um enorme ímã. e) As correntes marítimas transportam cargas elétricas que polarizam os continentes no sentido norte- sul, fazendo com que a Terra se comporte como um enorme ímã. 02. (UFF RJ-MODELO ENEM) O disco rígido de um computador é um meio magnético utilizado para armazenar informação em forma digital. Sua superfície é dividida em trechos retangulares, muito pequenos, que funcionam como ímãs microscópicos e podem ser orientados em dois sentidos opostos , respectivamente. Um modelo simplificado do processo de leitura da informação gravada no disco rígido envolve um conjunto de bússolas I, II e III representado na figura. Se o pólo norte da bússola aponta para cima, sua orientação é representada pelo dígito 1, se aponta para baixo, é representada pelo dígito 0. Assinale a opção que representa a orientação das bússolas na situação da figura. a) 1 0 1 FÍSICA ELETROMAGNETISMO 67 b) 0 1 0 c) 1 0 0 d) 0 1 1 e) 0 0 1 03. (ENEM2011) O manual de funcionamento de um captador de guitarra elétrica apresenta o seguinte texto: Esse captador comum consiste de uma bobina, fios condutores enrolados em torno de um ímã permanente. O campo magnético do ímã induz o ordenamento dos pólos magnéticos na corda da guitarra, que está próxima a ele. Assim, quando a corda é tocada, as oscilações produzem variações, com o mesmo padrão, no fluxo magnético que atravessa a bobina. Isso induz uma corrente elétrica na bobina, que é transmitida até o amplificador, e daí, para o alto-falante. Um guitarrista trocou as cordas originais de sua guitarra, que eram feitas de aço, por outras feitas de náilon. Com o uso dessas cordas, o amplificador ligado ao instrumento não emitia mais som, porque a corda de náilon, a) isola a passagem de corrente elétrica da bobina para o alto-falante b) varia seu comprimento mais intensamente do que ocorre com o aço. c) apresenta uma magnetização desprezível sob a ação do ímã permanente. d) induz correntes elétricas na bobina mais intensas que a capacidade do captador. e) oscila com uma frequência menor do que a que pode ser percebida pelo captador. 04. (ENEM/2001 ) . A figura mostra o tubo de imagens dos aparelhos de televisão usado para produzir as imagens sobre a tela. Os elétrons do feixe emitido pelo canhão eletrônico são acelerados por uma tensão de milhares de volts e passam por um espaço entre bobinas onde são defletidos por campos magnéticos variáveis, de forma a fazerem a varredura da tela. Nos manuais que acompanham os televisores é comum encontrar, entre outras, as seguintes recomendações: I. Nunca abra o gabinete ou toque as peças no interior do televisor. II. Não coloque seu televisor próximo de aparelhos domésticoscom motores elétricos ou ímãs. Estas recomendações estão associadas, respectivamente, aos aspectos de (A) riscos pessoais por alta tensão / perturbação ou deformação de imagem por campos externos. (B) proteção dos circuitos contra manipulação indevida / perturbação ou deformação de imagem por campos externos. (C) riscos pessoais por alta tensão / sobrecarga dos circuitos internos por ações externas. (D) proteção dos circuitos contra a manipulação indevida / sobrecarga da rede por fuga de corrente. (E) proteção dos circuitos contra manipulação indevida / sobrecarga dos circuitos internos por ação externa. GABARITO 1B 2A 3C 4A FÍSICA ELETROMAGNETISMO 68 CAMPO MAGNÉTICO CRIADO POR UM CONDUTOR RETILÍNEO "Segure o condutor com a mão direita de modo que o polegar aponte no sentido da corrente. Os demais dedos dobrados fornecem o sentido do vetor campo magnético, no ponto considerado. (Regra da mão direita) " R i B .2 . B = intensidade do vetor campo magnético em um ponto (T) = permeabilidade magnética do meio (T.m/A) 0 = 4 .10-7 T.m/A (no vácuo) R = distância do ponto ao fio (m) A unidade de B no SI é o tesla (T). EXERCÍCIOS BÁSICOS 1. Um fio retilíneo e longo é percorrido por uma corrente elétrica contínua i = 2A. Determine o campo magnético num ponto distante 0,5m do fio. Adote 0 = 4 .10-7 T.m/A 2. Um condutor reto e extenso é percorrido por uma corrente de intensidade 2A. Calcular a intensidade do vetor campo magnético num ponto P localizado a 0,1 m do condutor. O meio é o vácuo. 3. A 0,4 m de um fio longo e retilíneo o campo magnético tem intensidade 4.10-6 T. Qual é a corrente que percorre o fio? Adote 0 = 4 .10-7 T.m/A. 4. Dada a figura, determine a intensidade do campo magnético resultante no ponto P. Dados: 0 = 4 .10-7 T.m/A. i1 = 4 A i2 = 10 A 5. Dada a figura, determine a intensidade do campo magnético resultante no ponto P. Dados: 0 = 4 .10-7 T.m/A. i1 = 3A i2 = 5 A QUESTÕES 19. Como podemos verificar experimentalmente se existe um campo magnético em um certo ponto do espaço? FÍSICA ELETROMAGNETISMO 69 20. O que acontece se colocarmos um imã sobre uma fita magnética? 21. Sabe-se que a Lua, ao contrário da Terra, não possui um campo magnético. Sendo assim, poderia um astronauta se orientar em nosso satélite usando uma bússola comum? Explique. EXERCÍCIOS COMPLEMENTARES 01. (PUC–MG) A figura mostra o nascer do Sol. Dos pontos A, B, C e D, qual deles indica o Sul geográfico? a) A b) B c) C d) D 02. (Unirio–RJ) Assinale a opção que apresenta a afirmativa correta, a respeito de fenômenos eletromagnéticos: a) é possível isolar os pólos de um imã. b) imantar um corpo é fornecer elétrons a um de seus pólos e prótons ao outro. c) ao redor de qualquer carga elétrica, existe um campo elétrico e um campo magnético. d) cargas elétricas em movimento geram um campo magnético. e) as propriedades magnéticas de um ímã de aço aumentam com a temperatura. 03. (Uel) Considere a afirmativa a seguir. "As linhas de força de um campo magnético são .....I..... Então esse campo pode ter sido gerado por .....II....., onde flui uma corrente elétrica". Para completá-la corretamente, os espaços I e II devem ser preenchidos, respectivamente, por a) retilíneas, condutor retilíneo b) retilíneas e espira circular. c) circulares e espira circular. d) circulares e bobina e) circulares e condutor retilíneo. 04. (Ufrs) A histórica experiência de Oersted, que unificou a eletricidade e o magnetismo, pode ser realizada por qualquer pessoa, bastando para tal que ela disponha de uma pilha comum de lanterna, de um fio elétrico e de a) um reostato. b) um eletroscópio. c) um capacitor. d) uma lâmpada. e) uma bússola. 05. (Fei) A figura representa um condutor reto e infinito percorrido por uma corrente elétrica constante e igual a I de A para B. O sentido do campo magnético originado pela corrente no ponto 1 é corretamente representado por: 06. (Fei) Um fio de cobre, reto e extenso é percorrido por uma corrente i =1,5A. Qual é a intensidade do vetor campo magnético originado em um ponto à distanciar r=0,25m do fio. Dados: 0 = 4..10-7 T.m/A a) B= 10-6 T b) B= 0,6.10-6 T c) B= 1,2.10-6 T FÍSICA ELETROMAGNETISMO 70 d) B= 2,4.10-6 T e) B= 2,4.10-6 T 07. (Unirio) Assinale a opção que apresenta a afirmativa correta, a respeito de fenômenos eletromagnéticos. a) É possível isolar os pólos de um imã. b) Imantar um corpo é fornecer elétrons a um de seus pólos e prótons ao outro. c) Ao redor de qualquer carga elétrica, existe um campo elétrico e um campo magnético. d) Cargas elétricas em movimento geram um campo magnético. e) As propriedades magnéticas de um imã de aço aumentam com a temperatura. 08. (Unesp) Considere os três fenômenos seguintes. I) Um raio de luz passou de um meio transparente para outro, mudando a direção de sua trajetória. II) Duas cargas elétricas pontuais em repouso interagem com uma força inversamente proporcional ao quadrado das distâncias entre elas. III) Um fio, no vácuo, percorrido por uma corrente elétrica constante, cria um campo magnético cujas as linhas formam círculos que têm fio como eixo. Considere agora as quatro leis da física seguintes. R: Lei de Coulomb. S: Lei de Lenz. T: Lei de Snell. U: Lei de Ampére. Assinale a alternativa que contém a associação correta entre os fenômenos descritos e as leis citadas. a) I com R, II com S e III com T. b) I com T, II com R e III com S. c) I com T, II com R e III com U. d) I com S, II com U e III com T. e) I com T, II com U e III com R. 09. (Ufes ) A figura a seguir representa dois fios muito longos, paralelos e perpendiculares ao plano da página. Os fios são percorridos por correntes iguais e no mesmo sentido, saindo do plano da página. O vetor campo magnético no ponto P, indicado na figura, é representado por: Gabarito: 01D 02D 3E 4E 5E 6C 7D 8C 9A SE LIGA NO ENEM!!! 01. (Ufmg - MODELO ENEM) A figura a seguir mostra uma pequena chapa metálica imantada que flutua sobre a água de um recipiente. Um fio elétrico está colocado sobre esse recipiente. O fio passa, então, a conduzir uma intensa corrente elétrica contínua, no sentido da esquerda para a direita. A alternativa que melhor representa a posição da chapa metálica imantada, após um certo tempo, é FÍSICA ELETROMAGNETISMO 71 02. (Uel -MODELO ENEM) Dois fios longos e retilíneos são dispostos perpendicularmente entre si e percorridos por correntes elétricas de intensidades i1 e i2 como mostra a figura a seguir. O módulo do campo magnético resultante, gerado pelas correntes nos dois fios, pode ser nulo SOMENTE em pontos dos quadrantes a) I e II b) I e III c) I e IV d) II e III e) II e IV 03. (Fei-MODELO ENEM) Um fio condutor retilíneo muito longo, imerso em um meio cuja permeabilidade magnética é 0 = 6..10-7 T.m/A, é percorrido por uma corrente I. A uma distância r=1m do fio sabe-se que o módulo do campo magnético é 10-6T. Qual é a corrente elétrica I que percorre o fio? a) 3,333 A b) 6 A c) 10 A d) 1 A e) 6 A 04. (Ufpel - MODELO ENEM) Pedro realiza experiências no Laboratório de Física de sua escola, utilizando a montagem mostrada na figura ao lado. Com o circuito aberto, ele verifica que a agulha magnética orienta-se na direção Norte-Sul. Fechando o circuito, de forma que uma corrente elétrica percorra o fio, a agulha movimenta-se e orienta-se, aproximadamente, numa direçãoperpendicular ao condutor. Pedro acha estranho que uma corrente elétrica possa influenciar a orientação de um ímã. Para ajudá-lo a compreender o que está acontecendo, você explica que as cargas elétricas em movimento no fio a) geram um campo magnético cujas oscilações desvios em todos os ímãs nas proximidades do fio. b) geram um campo elétrico uniforme que tende a anular o efeito do campo magnético terrestre. c) geram um campo elétrico que interfere com o campo magnético da agulha, ocasionando desvio. d) geram um campo magnético uniforme, de forma que a agulha tende a orientar-se perpendicularmente a ele. e) geram um campo magnético que se soma ao campo terrestre, provocando o desvio da agulha. 05. (Uece-MODELO ENEM) Um fio metálico, retilíneo, vertical e muito longo, atravessa a superfície de uma mesa, sobre a qual há uma bússola, próxima ao fio, conforme a figura a seguir. Fazendo passar uma corrente elétrica contínua i no sentido indicado, a posição de equilíbrio estável da agulha imantada, desprezando o campo magnético terrestre, é: FÍSICA ELETROMAGNETISMO 72 06. (Pucsp - MODELO ENEM) Na experiência de Oersted, o fio de um circuito passa sobre a agulha de uma bússola. Com a chave C aberta, a agulha alinha-se como mostra a figura 1. Fechando-se a chave C, a agulha da bússola assume nova posição ( figura 2). A partir desse experimento, Oersted concluiu que a corrente elétrica estabelecida no circuito a) gerou um campo elétrico numa direção perpendicular à da corrente. b) gerou um campo magnético numa direção perpendicular à da corrente. c) gerou um campo elétrico numa direção paralela à da corrente. d) gerou um campo magnético numa direção paralela à da corrente. e) não interfere na nova posição assumida pela agulha da bússola que foi causada pela energia térmica produzida pela lâmpada. GABARITO 01. C 02.B 03.A 04.D 05.B 06.B FÍSICA ELETROMAGNETISMO 73 FORÇA MAGNÉTICA EM UM CONDUTOR RETILÍNEO, SUBMETIDO A UM CAMPO MAGNÉTICO EXTERNO. EXERCÍCIOS COMPLEMENTARES 1. (MACK-SP) Um condutor retilíneo de comprimento l é percorrido por uma corrente elétrica de intensidade i e sentido de M para N. Esse condutor, quando se encontra numa região onde existe um campo magnético uniforme de vetor indução B, perpendicular a ele, fica sob a ação da força F, de intensidade F = Bil. Considerando as situações abaixo, assinale a alternativa que indica corretamente a direção orientada da força F. a) b) c) d) e) 2. (UPE) Um condutor retilíneo de comprimento l, percorrido por uma corrente elétrica i, é imerso em um campo magnético uniforme B. Na figura a seguir, estão disponibilizadas as seguintes situações I, II, III, IV e V: Nessas condições, o conjunto que melhor representa o sentido da força magnética que atua sobre o condutor nos itens I, II, III, IV e V, respectivamente, é a) b) b) c) d) Nota!!! É importante ressaltar que o sentido real da corrente elétrica são os elétrons se deslocando do polo negativo para o positivo. Porém nesses problemas usamos o sentido convencional, onde a corrente elétrica parte sempre do polo positivo para o negativo. FORÇA MAGNÉTICA FÍSICA ELETROMAGNETISMO 74 e) 3. Um condutor retilíneo, percorrido por uma corrente elétrica de intensidade i igual a 2,0 A, está imerso em um campo magnético uniforme de intensidade B, igual a 2,0 · 10–4 T. Determine a força magnética num trecho desse condutor igual a 0,20 m. a) Nula b) 1,0 x 10-1 c) 2,0 x 10-1 d) 4,0 x 10-1 e) 8,0 x 10-1 4. Um condutor retilíneo, percorrido por uma corrente elétrica de intensidade i igual a 2,0 A, está imerso em um campo magnético uniforme de intensidade B, igual a 2,0 · 10–4 T. Determine a força magnética num trecho desse condutor igual a 0,20 m. a) Nula b) 2,0 x 10-5 c) 3,0 x 10-6 d) 8,0 x 10-5 e) 8,0 x 10-6 5. Um condutor retilíneo, percorrido por uma corrente elétrica de intensidade i igual a 2,0 A, está imerso em um campo magnético uniforme de intensidade B, igual a 2,0 · 10–4 T. Determine a força magnética num trecho desse condutor igual a 0,20 m. a) Nula b) 3,0 x 10-5 c) 4,0 x 10-5 d) 5,0 x 10-4 e) 6,0 x 10-6 6. (MACKENZIE) Um fio condutor elétrico retilíneo, de comprimento 25,00 cm e massa 20,00 g, está disposto paralelamente ao solo (horizontal) e perpendicularmente às linhas de indução de um campo magnético uniforme, conforme a figura abaixo. O vetor indução magnética tem direção horizontal e intensidade B = 8,00 . 10–2 T. Quando o amperímetro ideal A indica a intensidade de corrente 10,0 A, o fio condutor fica sujeito à ação de uma força magnética de intensidade: a) Nula b) 1,0 x 10-1 c) 2,0 x 10-1 d) 4,0 x 10-1 e) 8,0 x 10-1 GABARITO 1E 2D 3A 4D 5C 6D FÍSICA ELETROMAGNETISMO 75 SE LIGA NO ENEM!!! 01. Na figura a seguir, as hastes I, II e III são condutoras, mas apenas a haste I submete-se ao campo do ímã. Determine se o condutor I é empurrado para dentro ou para fora do ímã, fechando-se a chave; a) em repouso. b) para dentro do imã. c) para fora do imã. d) para o norte. e) para o sul. 02. No rotor de um motor elétrico, os fios conduzem uma corrente de 5 A e dispõem-se perpendicularmente a um campo de indução magnética, suposto uniforme, de módulo constante e igual a 1 T. Determine o módulo da força magnética atuante em cada centímetro de fio. a) Nula b) 1,0 x 10-2 c) 2,0 x 10-2 d) 4,0 x 10-2 e) 5,0 x 10-2 UTILIZE AS INFORMAÇÕES A SEGUIR PARA RESPONDER AS QUESTÕES 3 E 4. Supondo que apenas a barra se submeta ao citado campo, calcule a intensidade da força magnética atuante na barra; A barra condutora MN, cilíndrica e homogênea, de 300 N de peso e 1 m de comprimento, é suspensa por fios condutores leves e flexíveis aos pontos P e Q. 3. A barra, disposta horizontalmente, é percorrida por uma corrente elétrica de intensidade i igual a 100 A no sentido indicado e encontra-se num campo magnético uniforme e horizontal de intensidade constante e igual a 2 T, perpendicular à barra. a) 1 · 102 N b) 2 · 102 N c) 3· 102 N d) 4 · 102 N e) 5 · 102 N 04. calcule a intensidade da tração em cada fio de suspensão; a) 0,5 · 102 N b) 1,0 · 102 N c) 1,5· 102 N d) 2,0 · 102 N e) 2,5 · 102 N 05. (ENEM-2013) Desenvolve-se um dispositivo para abrir automaticamente uma porta no qual um botão, quando acionado, faz com que uma corrente elétrica i = 6A percorra uma barra condutora de comprimento L = 5 cm, cujo ponto médio está preso a uma mola de constante elástica k = 5 x 10–2 N/cm. O sistema mola- condutor está imerso em um campo magnético uniforme perpendicular ao plano. Quando acionado o botão, a barra sairá da posição do equilíbrio a uma velocidade média de FÍSICA ELETROMAGNETISMO 76 5m/s e atingirá a catraca em 6 milisegundos, abrindo a porta. A intensidade do campo magnético, para que o dispostivo funcione corretamente, é de a) 5 x 10–1T. b) 5 x 10–2T. c) 5 x 101T. d) 2 x 10–2T. e) 2 x 100T. Gabarito 01. B 02.E 03.B 04.E 05.A FÍSICA ELETROMAGNETISMO 77 FORÇA MAGNÉTICA SOBRE UMA CARGA ELÉTRICA SUBMETIDA A UM CAMPO MAGNÉTICO. "Uma carga elétrica q lançada dentro de um campo magnético B, com uma velocidade v, sofre a ação de uma forçatipos de carga elétrica existem na natureza? Como se denominam? 11. Em que condições temos atração entre duas cargas elétricas? E em que condições elas se repelem? 12. O que é ligação terra? QUANTIDADE DE CARGA ELÉTRICA PRÍNCIPIOS DA ELETROSTÁTICA FÍSICA ELETROMAGNETISMO 6 ELETRIZAÇÃO POR ATRITO Quando dois corpos são atritados, pode ocorrer a passagem de elétrons de um corpo para outro. Na figura abaixo temos a série triboelétrica, nela identificamos quais corpos ficam carregado positivamente ou negativamente, quando são atritados. ELETRIZAÇÃO POR CONTATO Quando colocamos dois corpos condutores em contato, um eletrizado e o outro neutro, pode ocorrer a passagem de elétrons de um para o outro, fazendo com que o corpo neutro se eletrize. ELETRIZAÇÃO POR INDUÇÃO A eletrização de um condutor neutro pode ocorrer por simples aproximação de um corpo eletrizado, sem que haja contato entre eles. PROCESSOS DE ELETRIZAÇÃO FÍSICA ELETROMAGNETISMO 7 PÊNDULO ELETROSTÁTICO O pêndulo eletrostático é constituído de uma esfera leve e pequena. Aproximando-se um corpo eletrizado da esfera neutra, ocorrerá o fenômeno da indução eletrostática na esfera e ela será atraída pelo corpo eletrizado. ELETROSCÓPIO DE FOLHAS Ele é formado de duas folhas de ouro, ou até mesmo de alumínio, presas numa das extremidades de uma haste metálica, e na outra uma esfera de material condutor. Todo esse sistema então, é colocado dentro de um recipiente de vidro, fechado por um objeto de material isolante, de preferência uma rolha. Enfim, se aproximarmos um objeto eletrizado à esfera superior do eletroscópio, perceberemos que as folhas se afastarão devido a uma semelhança de cargas. Já, se o eletroscópio estiver neutro, as folhas permanecerão paradas. Uma das vantagens desse sistema é identificação do valor da carga do objeto aproximado, tendendo as folhas a se afastarem mais se o eletroscopio possuir carga positiva igualmente a do objeto, e o oposto para quando esses apresentarem carga negativa. Fonte: http://projetoeletroscopio.blogspot.com.br/2011/04/tipos- de-eletroscopio.html EXERCÍCIOS BÁSICOS 1. Três esferas condutoras A, B e C têm o mesmo diâmetro. A esfera A está inicialmente neutra, e as outras duas carregadas respectivamente com cargas de 4 µC e 8 µC. Com a esfera A toca-se primeiramente B e depois C. Supondo o sistema isolado, as cargas elétricas de A, B e C, depois dos contatos, são, respectivamente: 2. Um corpo A, com carga QA = 8C, é colocado em contato com um corpo B, inicialmente neutro. Em seguida, são afastados um do outro. Sabendo que a carga do corpo B, após o contato, é de 5C, calcule a nova carga do corpo A. 3. Duas esferas metálicas idênticas, de cargas 4. 10-6C e 6.10-6C, foram colocadas em contato. Determine a carga de cada uma após o contato. Questões 4. Para evitar a formação de centelhas elétricas, os caminhões transportadores de gasolina costumam andar com uma corrente metálica arrastando-se pelo chão. Explique. 5. Segurando na mão uma esfera eletrizada de metal, é possível torná-la eletrizada? Por quê? Como se deve proceder para eletrizar essa esfera? 6. Um pedaço de borracha é atritado em uma certa região de sua superfície, adquirindo uma carga negativa naquela região. Esta carga se distribuirá na superfície de borracha? Por que? 7. Por que, em dias úmidos, um corpo eletrizado perde sua carga com relativa rapidez? 8. Que partícula é transferida de um corpo para o outro no processo de eletrização por atrito? EXERCÍCIOS COMPLEMENTARES 01.(UFPE-PE) Considere os materiais: 1. Borracha 5. Vidro 2. Porcelana 6. Ouro 3. Alumínio 7. Mercúrio http://projetoeletroscopio.blogspot.com.br/2011/04/tipos-de-eletroscopio.html http://projetoeletroscopio.blogspot.com.br/2011/04/tipos-de-eletroscopio.html FÍSICA ELETROMAGNETISMO 8 4. Nylon 8. Madeira Assinale a alternativa abaixo, na qual os três materiais citados são bons condutores: a) 5, 7 e 8 b) 3, 5 e 6 c) 3, 4 e 6 d) 3, 6 e 7 e) 1, 3, 7 02. (UFMG-MG) Um isolante elétrico: a) não pode ser carregado eletricamente; b) não contém elétrons; c) tem de estar no estado sólido; d) tem, necessariamente, resistência elétrica pequena; e) não pode ser metálico. 03. (UERJ-RJ) Em processos físicos que produzem apenas elétrons, prótons e nêutrons, o número total de prótons e elétrons é sempre par. Esta afirmação expressa a lei de conservação de: a) massa b) energia c) momento d) carga e)força 04. (UNESP-SP) De acordo com o modelo atômico atual, os prótons e nêutrons não são mais considerados partículas elementares. Eles seriam formados de três partículas ainda menores, os quarks. Admite-se a existência de 12 quarks na natureza, mas só dois tipos formam os prótons e nêutrons, o quark up (u), de carga elétrica positiva, igual a 2/3 do valor da carga do elétron, e o quark down (d), de carga elétrica negativa, igual a 1/3 do valor da carga do elétron. A partir dessas informações, assinale a alternativa que apresenta corretamente a composição do próton e do nêutron: próton nêutron a) d, d, d u, u, u b) d, d, u u, u, d c) d, u, u u, d, d d) u, u, u d, d, d e) d, d, d d, d, d 05. (UFF-RJ) Um aluno tem 4 esferas idênticas, pequenas e condutoras (A, B, C e D),carregadas com cargas respectivamente iguais a –2Q, 4Q, 3Q e 6Q. A esfera A é colocada em contacto com a esfera B e a seguir com as esferas C e D. Ao final do processo a esfera A estará carregada com carga equivalente a: a) 3Q b) 4Q c) Q/2 d) 8Q e)5,5Q 06. Um pêndulo elétrico é atraído por um bastão carregado negativamente. Pode-se concluir com certeza que o pêndulo: FÍSICA ELETROMAGNETISMO 9 a) Tem carga positiva b) Não está carregado c) Tem carga negativa d) Tem carga negativa ou não está carregado 07. Na figura a seguir, um bastão carregado positivamente é aproximado de uma pequena esfera metálica (M) que pende na extremidade de um fio de seda. Observa-se que a esfera se afasta do bastão. Nesta situação, pode-se afirmar que a esfera possui uma carga elétrica total: a) negativa b) positiva c) positiva ou nula d) negativa ou nula 08. Os relâmpagos e os trovões são conseqüência de descargas elétricas entre nuvens ou entre nuvens e o solo. A respeito desses fenômenos, considere as afirmações que seguem. I - Nuvens eletricamente positivas podem induzir cargas elétricas negativas no solo. II - O trovão é uma conseqüência da expansão do ar aquecido. III- Numa descarga elétrica, a corrente elétrica é invisível sendo o relâmpago a emissão de luz, em conseqüência da ionização do ar. Dentre as afirmações: a) somente I é correta. b) somente II é correta. c) somente III é correta. d) I, II e III são corretas. 09. Um bastão é atritado com um pano. A seguir, repele uma esfera eletrizada negativamente. Pode-se afirmar corretamente que o bastão foi eletrizado: a) positivamente, por contato com o pano. b) positivamente, por ter-se aproximado da esfera. c) negativamente, por ter-se aproximado da esfera. d) negativamente, por atrito com o pano. 10. Uma partícula está eletrizada positivamenteF. A determinação da direção e sentido da força magnética que vai atuar na carga é dada pela regra do tapa. F= Força magnética B= Vetor Indução magnética (campo magnético) V= Velocidade = ângulo entre o campo e a velocidade. F = qvB sen Note que as três grandezas, força, velocidade e Indução magnética são vetores. Logo elas terão: Módulo Direção Sentido. EXERCÍCIOS COMPLEMENTARES 1. Nas situações esquematizadas nas figuras, uma partícula eletrizada penetra, com velocidade v, perpendicularmente a um campo de indução magnética B. O sinal da carga elétrica está indicado na própria partícula. Determine, em cada caso, a orientação do vetor representativo da força magnética atuante: Nota!!! Se a velocidade e o campo são perpendiculars, a força magnética se reduz a, F= q.v.B. FÍSICA ELETROMAGNETISMO 78 2. Represente a força magnética que age sobre a carga elétrica q lançada no campo magnético de indução B, nos casos: 3. (UFRN) Considerada como futura alternativa para geração de energia elétrica a partir da queima de biomassa, a geração magneto-hidrodinâmica utiliza um fluxo de gás ionizado (íons positivos e elétrons), que passa com velocidade, v, através de um campo magnético intenso, B. A ação da força magnética desvia essas partículas para eletrodos metálicos distintos, gerando, entre eles, uma diferença de potencial elétrico capaz de alimentar um circuito externo. O esquema abaixo mostra um gerador magneto- hidrodinâmico no qual estão identificados a direção do fluxo do gás, os pólos do imã gerador do campo magnético e quatro eletrodos coletores dos íons e dos elétrons. Nessas condições, pode-se afirmar que os íons e os elétrons são desviados, respectivamente, para os eletrodos a) IV e II b) III e I c) II e IV d) I e III 4. (UNESP) Uma mistura de substâncias radiativas encontra-se confinada em um recipiente de chumbo, com uma pequena abertura por onde pode sair um feixe paralelo de partículas emitidas. Ao saírem, três tipos de partícula, 1, 2 e 3, adentram uma região de campo magnético uniforme B com velocidades perpendiculares às linhas de campo magnético e descrevem trajetórias conforme ilustradas na figura. Considerando a ação de forças magnéticas sobre cargas elétricas em movimento uniforme, e as trajetórias de cada partícula ilustradas na figura, pode-se concluir com certeza que a) as partículas 1 e 2, independentemente de suas massas e velocidades, possuem necessariamente cargas com sinais contrários e a partícula 3 é eletricamente neutra (carga zero). b) as partículas 1 e 2, independentemente de suas massas e velocidades, possuem necessariamente cargas com sinais contrários e a partícula 3 tem massa zero. c) as partículas 1 e 2, independentemente de suas massas e velocidades, possuem necessariamente cargas de mesmo sinal e a partícula 3 tem carga e massa zero. d) as partículas 1 e 2 saíram do recipiente com a mesma velocidade. e) as partículas 1 e 2 possuem massas iguais, e a partícula 3 não possui massa. 5. Na figura, temos um sistema cartesiano triortogonal Oxyz. Na região existe um campo magnético uniforme B, de intensidade B = 0,25 T. Uma partícula eletrizada com carga q = 4,0 · 10–9 C é lançada perpendicularmente ao campo, com velocidade v, de módulo 5,0 · 106 m/s, como representado na figura. FÍSICA ELETROMAGNETISMO 79 Qual das opções abaixo representa as características da força magnética Fm atuante na partícula, ao ser lançada. a) direção do eixo Ox, e módulo de 1,0 x 10-3N. b) direção do eixo Ox, e módulo de 5,0 x 10-3N. c) direção do eixo Oy, e módulo de 2,0 x 10-3N. d) direção do eixo Oz, e módulo de 5,0 x 10-3N. e) direção do eixo Oy, e módulo de 4,0 x 10-3N. 6. Calcule o módulo da força magnética atuante na partícula abaixo. a) Nula b) 1,0 x 10-15 c) 2,0 x 10-15 d) 3,0 x 10-15 e) 4,0 x 10-15 7. Calcule o módulo da força magnética atuante na partícula abaixo. a) Nula b) 1,0 x 10-15 c) 2,0 x 10-15 d) 3,0 x 10-15 e) 4,0 x 10-15 Gabarito 1. 2. 3.D 4.A 5.B 6.D 7.E FÍSICA ELETROMAGNETISMO 80 A lei proposta pelo físico russo Heinrich Lenz, a partir de resultados experimentais, a corrente induzida tem sentido oposto ao sentido da variação do campo magnético que a gera. - Se houver diminuição do fluxo magnético, a corrente induzida irá criar um campo magnético com o mesmo sentido do fluxo; - Se houver aumento do fluxo magnético, a corrente induzida irá criar um campo magnético com sentido oposto ao sentido do fluxo. EXERCÍCIOS BÁSICOS 01. (UNESP) Considere uma bobina, suspensa por dois barbantes, e um ímã que pode se deslocar ao longo do eixo da bobina, como mostra a figura. Ao se aproximar dessa bobina qualquer um dos pólos do ímã, verifica-se que a bobina é repelida pelo ímã. Se pr outro lado, o ímã já estiver próximo da bobina e for afastado rapidamente, a bobina será atraída pelo ímã. Os resultados descritos são explicados, fundamentalmente, pela a) Lei de Ampère b) Lei de Coulomb c) 1ª Lei de Kirchhoff d) Lei de Lenz e) Lei de Ohm 02. Um gerador e um motor elétrico são aparelhos semelhantes no tocante à transformação de energia. O gerador converte energia cinética em elétrica e o motor faz literalmente o contrário: converte energia elétrica em cinética. Observe a imagem de um grande gerador. Sobre a geração de eletricidade, é correto afirmar que: LEI DE LENZ E FARADAY Nota!!! Na aproximação, a bobina vira um imã com força de repulsão. No afastamento, a bobina vira um imã com força de atração. Os motores, tranformadores e geradores funcionam com base nas lei de Lenz e Faraday. FÍSICA ELETROMAGNETISMO 81 a) a corrente elétrica gerada neste processo é contínua. b) a corrente elétrica gerada neste processo é alternada. c) a geração de eletricidade é baseada na Lei de Boyle. d) a geração de eletricidade é baseada nas Leis de Newton. e) Lei a geração de eletricidade é baseada na Lei de Ampere. 03. (UFVJM) Observe as figuras 1 e 2 abaixo. Na figura 1 o ímã representado está em repouso logo acima de uma espira condutora circular I. Na figura 2 o ímã representado está oscilando verticalmente. Com relação às correntes elétricas induzidas nas espiras I e II, respectivamente, é CORRETO afirmar que elas são A) nula e alternada. B) contínua e alternada. C) contínua e nula. D) alternada e nula. 04. (PUC RS) O dispositivo do automóvel que transforma energia mecânica em energia elétrica denomina-se: a) bateria. b) bobina. c) motor de partida. d) regulador de voltagem. e) alternador. 05. (UNIFESP SP) A foto mostra uma lanterna sem pilhas, recentemente lançada no mercado. Ela funciona transformando em energia elétrica a energia cinética que lhe é fornecida pelo usuário – para isso ele deve agitá-la fortemente na direção do seu comprimento. Como o interior dessa lanterna é visível, pode-se ver como funciona: ao agitá-la, o usuário faz um ímã cilíndrico atravessar uma bobina para frente e para trás. O movimento do ímã através da bobina faz aparecer nela uma corrente induzida que percorre e acende a lâmpada. O princípio físico em que se baseia essa lanterna e a corrente induzida na bobina são, respectivamente: a) indução eletromagnética; corrente alternada. b) indução eletromagnética; correntecontínua. c) lei de Coulomb; corrente contínua. d) lei de Coulomb; corrente alternada. e) lei de Ampère; correntes alternada ou contínua podem ser induzidas. 06. Uma espira circular move-se de baixo para cima na direção de um imã permanente, assim como na figura abaixo. Vista de cima a corrente no fio será a) no sentido horário e a força na espira será para cima FÍSICA ELETROMAGNETISMO 82 b) no sentido anti-horário e a força na espira será para cima. c) no sentido horário e a força na espira será para baixo d) no sentido anti-horário e a força na espira será para GABARITO: 01.D 02.B 03.A 04.E 05.A 06C SE LIGA NO ENEM!!! 01. (UEL PR) Uma maneira de produzir corrente elétrica a partir de um campo magnético é, por exemplo, movimentando um imã dentro de uma bobina ou selenóide, princípio dos geradores elétricos e dínamos. Considere a figura, que mostra um ímã sendo empurrado perpendicularmente ao centro de uma espira de cobre fechada. Sobre essa situação, indique a afirmativa correta: a) Será gerada na espira uma corrente elétrica no sentido anti-horário, somente se o movimento do ímã for acelerado. b) O ímã sofrerá uma força de resistência ao seu movimento devido a uma corrente elétrica induzida na espira no sentido anti-horário. c) Se o ímã for empurrado com os pólos invertidos em relação à figura, ele não sofrerá uma força de resistência ao seu movimento e surgirá na espira uma corrente elétrica induzida no sentido horário. d) Se deslocarmos a espira em torno do ímã, agora parado, uma corrente elétrica induzida circulará sobre a espira de cobre no sentido horário e fará surgir uma força de resistência ao movimento da espira. e) Independentemente do sentido, a corrente induzida será sempre horária enquanto o ímã estiver em movimento através da espira. 02. (FURG RS) Praticamente toda a energia elétrica que consumimos é gerada pela utilização do fenômeno da indução eletromagnética. Este fenômeno consiste no aparecimento de uma força eletromotriz entre os extremos de um fio condutor submetido a um: a) campo elétrico. b) campo eletromagnético constante. c) campo magnético variável. d) fluxo magnético constante. e) fluxo magnético variável. 03. (UFG GO) Um ímã permanente realiza um movimento periódico para frente e para trás, ao longo do eixo de um solenóide, como mostra a figura abaixo. Esse movimento produz: a) uma corrente induzida no fio que tem sentido anti-horário para um observador no ímã. b) um fluxo estacionário de campo magnético através das espiras. c) uma força eletromotriz que independe da freqüência de oscilação do imã. d) uma corrente contínua no fio que causa dissipação de energia por efeito Joule. e) uma repulsão entre o solenóide e o imã, quando eles se aproximam, e atração, quando eles se afastam. FÍSICA ELETROMAGNETISMO 83 04. (UFMG) Considere a situação descrita a seguir. Em uma aula, o Prof. Antônio apresenta uma montagem com dois anéis dependurados, como representado na figura ao lado. Um dos anéis é de plástico – mate rial isolante – e o outro é de cobre – material condutor. Em seguida, o Prof. Antônio mostra que o anel de plástico e o de cobre não são atraídos nem repelidos por um ímã que está parado em relação a eles. Ele, então, aproxima rapidamente o ímã, primeiro, do anel de plástico e, depois, do anel de cobre. Com base nessas informações, é CORRETO afirmar que: a) os dois anéis se aproximam do ímã. b) o anel de plástico não se movimenta e o de cobre se afasta do ímã. c) nenhum dos anéis se movimenta. d) o anel de plástico não se movimenta e o de cobre se aproxima do ímã. 05. (ENEM-2014) Do funcionamento dos geradores de usinas elétricas baseia-se no fenômeno da indução eletromagnética, descoberto por Michael Faraday no século XIX. Pode-se observar esse fenômeno ao se movimentar um ímã e uma espira em sentidos opostos com módulo da velocidade igual a v, induzindo uma corrente elétrica de intensidade i, como ilustrado na figura. A fim de se obter uma corrente com o mesmo sentido da apresentada na figura, utilizando os mesmos materiais, outra possibilidade é mover a espira para a a) a esquerda e o ímã para a direita com polaridade invertida. b) direita e o ímã para a esquerda com polaridade invertida. c) esquerda e o ímã para a esquerda com mesma polaridade. d) direita e manter o ímã em repouso com polaridade invertida. e) esquerda e manter o ímã em repouso com mesma polaridade. GABARITO:. 01.B 02.E 03.E 04.B 05.A FÍSICA ELETROMAGNETISMO 84 SE LIGA NO ENEM!!! 1- (ENEM-1998) Na figura abaixo está esquematizado um tipo de usina utilizada na geração de eletricidade. Analisando o esquema, é possível identificar que se trata de uma usina: (A) hidrelétrica, porque a água corrente baixa a temperatura da turbina. (B) hidrelétrica, porque a usina faz uso da energia cinética da água. (C) termoelétrica, porque no movimento das turbinas ocorre aquecimento. (D) eólica, porque a turbina é movida pelo movimento da água. (E) nuclear, porque a energia é obtida do núcleo das moléculas de água. 2. (ENEM/1998) No processo de obtenção de eletricidade, ocorrem várias transformações de energia. Considere duas delas: I. cinética em elétrica II. potencial gravitacional em cinética Analisando o esquema, é possível identificar que elas se encontram, respectivamente, entre: (A) I- a água no nível h e a turbina, II- o gerador e a torre de distribuição. (B) I- a água no nível h e a turbina, II- a turbina e o gerador. (C) I- a turbina e o gerador, II- a turbina e o gerador. (D) I- a turbina e o gerador, II- a água no nível h e a turbina. (E) I- o gerador e a torre de distribuição, II- a água no nível h e a turbina. 3. (ENEM/2005) Observe a situação descrita na tirinha abaixo. (Francisco Caruso & Luisa Daou, Tirinhas de Física, vol. 2, CBPF, Rio de Janeiro, 2000.) Assim que o menino lança a flecha, há transformação de um tipo de energia em outra. A transformação, nesse caso, é de energia a) potencial elástica em energia gravitacional. b) gravitacional em energia potencial. c) potencial elástica em energia cinética. d) cinética em energia potencial elástica. e) gravitacional em energia cinética. TRANSFORMAÇÕES DE ENERGIA Nota!!! Vale a pena rever os conceitos de transformação de energia, principalmente o conceito de energia mecânica, e as usinas geradoras de eletricidade, esse é um assunto presente no ENEM. FÍSICA ELETROMAGNETISMO 85 4. (ENEM/2002) Em usinas hidrelétricas, a queda d’água move turbinas que acionam geradores. Em usinas eólicas, os geradores são acionados por hélices movidas pelo vento. Na conversão direta solarelétrica são células fotovoltaicas que produzem tensão elétrica. Além de todos produzirem eletricidade, esses processos têm em comum o fato de (A) não provocarem impacto ambiental. (B) independerem de condições climáticas. (C) a energia gerada poder ser armazenada. (D) utilizarem fontes de energia renováveis. (E) dependerem das reservas de combustíveis fósseis. 5.(ENEM/2006) A figura ao lado ilustra uma gangorra de brinquedo feita com uma vela. A vela e acesa nas duas extremidades e, inicialmente, deixa-se uma das extremidades mais baixa que a outra. A combustão da parafina da extremidade mais baixa provoca a fusão. A parafina da extremidade mais baixa da vela pinga mais rapidamente que na outra extremidade.O pingar da parafina fundida resulta na diminuição da massa da vela na extremidade mais baixa, o que ocasiona a inversão das posições. Assim, enquanto a vela queima, oscilam as duas extremidades. Nesse brinquedo, observa- se a seguinte seqüência de transformações de energia: (A) energia resultante de processo químico → energia potencial gravitacional → energia cinética (B) energia potencial gravitacional → energia elástica → energia cinética (C) energia cinética → energia resultante de processo químico → energia potencial gravitacional (D) energia mecânica → energia luminosa → energia potencial gravitacional (E) energia resultante do processo químico → energia luminosa → energia cinética 6. (ENEM/2007) Com o projeto de mochila ilustrado acima, pretende-se aproveitar, na geração de energia elétrica para acionar dispositivos eletrônicos portáteis, parte da energia desperdiçada no ato de caminhar. As transformações de energia envolvidas na produção de eletricidade enquanto uma pessoa caminha com essa mochila podem ser assim esquematizadas: As energias I e II, representadas no esquema acima, podem ser identificadas, respectivamente, como (A) cinética e elétrica. (B) térmica e cinética. (C) térmica e elétrica. (D) sonora e térmica. (E) radiante e elétrica. 7. (ENEM/2007) Qual das seguintes fontes de produção de energia é a mais recomendável para a diminuição dos gases causadores do aquecimento global? (A) Óleo diesel. (B) Gasolina. (C) Carvão mineral. (D) Gás natural. (E) Vento. FÍSICA ELETROMAGNETISMO 86 8. (ENEM/2011) Uma das modalidades presentes na olimpíadas é o salto com vara. As etapas de um dos saltos de um atleta estão representadas na figura: Desprezando-se as forças dissipativas (resistência do ar e atrito), para que o salto atinja a maior altura possível, ou seja, o máximo de energia conservada, é necessário que a) energia cinética, representada na etapa I, seja totalmente convertida em energia potencial elástica, representada na etapa IV. b) energia cinética, representada na etapa I, seja totalmente convertida em energia potencial gravitacional, representada na etapa IV. c) energia cinética, representada na etapa I, seja totalmente convertida em energia potencial gravitacional, representada na etapa III. d) energia potencial gravitacional, representada na etapa II, seja totalmente convertida em energia potencial elástica, representada na etapa IV. e) energia potencial gravitacional, representada na etapa I, seja totalmente convertida em energia potencial elástica, representada na etapa III. 9.(ENEM/2012) Os carrinhos de brinquedos podem ser de vários tipos. Dentre eles, há os movidos a corda, em que uma mola em seu interior é comprimida quando a criança puxa o carrinho para trás. Ao ser solto, o carrinho entra em movimento enquanto a mola volta à sua forma inicial. O processo de conversão de energia que ocorre no carrinho descrito também é verificado em a) um dínamo. b) um freio de automóvel. c) um motor a combustão. d) uma usina hidroelétrica. e) uma atiradeira (estilingue) 10. (ENEM 2010 ANULADA) Ziegler, M.F. Energia Sustentável. Revista Isto É. 28 abr. 2010. A fonte de energia representada na figura, considerada uma das mais limpas e sustentáveis do mundo, é extraída do calor gerado A) pela circulação do magma no subsolo. B) pelas erupções constantes dos vulcões. C) pelo sol que aquece as águas com radiação ultravioleta. D) pela queima do carvão e combustíveis fósseis. E) pelos detritos e cinzas vulcânicas. Gabarito: 1C 2C 3B 4B 5E 6A 7C 8C 9E 10A FÍSICA ELETROMAGNETISMO 87 EMENTA ENEM FÍSICA MECÂNICA • Conhecimentos básicos e fundamentais – Noções de ordem de grandeza. Notação Científica. Sistema Internacional de Unidades. Metodologia de investigação: a procura de regularidades e de sinais na interpretação física do mundo. Observações e mensurações: representação de grandezas físicas como grandezas mensuráveis. Ferramentas básicas: gráficos e vetores. Conceituação de grandezas vetoriais e escalares. Operações básicas com vetores. • O movimento, o equilíbrio e a descoberta de leis físicas – Grandezas fundamentais da mecânica: tempo, espaço, velocidade e aceleração. Relação histórica entre força e movimento. Descrições do movimento e sua interpretação: quantificação do movimento e sua descrição matemática e gráfica. Casos especiais de movimentos e suas regularidades observáveis. Conceito de inércia. Noção de sistemas de referência inerciais e não inerciais. Noção dinâmica de massa e quantidade de movimento (momento linear). Força e variação da quantidade de movimento. Leis de Newton. Centro de massa e a idéia de ponto material. Conceito de forças externas e internas. Lei da conservação da quantidade de movimento (momento linear) e teorema do impulso. Momento de uma força (torque). Condições de equilíbrio estático de ponto material e de corpos rígidos. Força de atrito, força peso, força normal de contato e tração. Diagramas de forças. Identificação das forças que atuam nos movimentos circulares. Noção de força centrípeta e sua quantificação. A hidrostática: aspectos históricos e variáveis relevantes. Empuxo. Princípios de Pascal, Arquimedes e Stevin: condições de flutuação, relação entre diferença de nível e pressão hidrostática. • Energia, trabalho e potência – Conceituação de trabalho, energia e potência. Conceito de energia potencial e de energia cinética. Conservação de energia mecânica e dissipação de energia. Trabalho da força gravitacional e energia potencial gravitacional. Forças conservativas e dissipativas. • A mecânica e o funcionamento do universo – Força peso. Aceleração gravitacional. Lei da Gravitação Universal. Leis de Kepler. Movimentos de corpos celestes. Influência na Terra: marés e variações climáticas. Concepções históricas sobre a origem do universo e sua evolução. CALORIMETRIA • O calor e os fenômenos térmicos – Conceitos de calor e de temperatura. Escalas termométricas. Transferência de calor e equilíbrio térmico. Capacidade calorífica e calor específico. Condução do calor. Dilatação térmica. Mudanças de estado físico e calor latente de transformação. Comportamento de gases ideais. Máquinas térmicas. Ciclo de Carnot. Leis da Termodinâmica. Aplicações e fenômenos térmicos de uso cotidiano. Compreensão de fenômenos climáticos relacionados ao ciclo da água. ÓPTICA E ONDAS • Oscilações, ondas, óptica e radiação – Feixes e frentes de ondas. Reflexão e refração. Óptica geométrica: lentes e espelhos. Formação de imagens. Instrumentos ópticos simples. Fenômenos ondulatórios. Pulsos e ondas. Período, frequência, ciclo. Propagação: relação entre velocidade, frequência e comprimento de onda. Ondas em diferentes meios de propagação. ELETRICIDADE • Fenômenos elétricos e magnéticos – Carga elétrica e corrente elétrica. Lei de Coulomb. Campo elétrico e potencial elétrico. Linhas de campo. Superfícies equipotenciais. Poder das pontas. Blindagem. Capacitores. Efeito Joule. Lei de Ohm. Resistência elétrica e resistividade. Relações entre grandezas elétricas: tensão, corrente, potência e energia. Circuitos elétricos simples. Correntes contínua e alternada. Medidores elétricos. Representação gráfica de circuitos. Símbolos convencionais. Potência e consumo de energia em dispositivos elétricos. MAGNETISMO Campo magnético. Imãs permanentes. Linhas de campo magnético. Campo magnético terrestre. FÍSICA ELETROMAGNETISMO 1 BIBLIOGRAFIA BONJORNO, J. R., BONJORNO, R. A., BONJORNO, V., RAMOS, C. M. Física Fundamental. Volume Único. São Paulo. Ed. FTD. 1999. HALLIDAY, RESNICK, WALKER; Fundamentosda Física, Vol. 3, 8ª Edição, LTC, 2009. GREF: Grupo de Reelaboração do Ensino de Física. Física. São Paulo:USP, 1990. HALLIDAY, RESNICK, WALKER; Fundamentos da Física, Vol. 4, 8ª Edição, LTC, 2009. Hewitt, Paul, G. “Fundamentos da Física Conceitual”; Ed. Bookman. RG. 1ª 2008. PARANÁ, D. N. S., Física. Volume Único. Série Novo Ensino Médio. São Paulo. Ed. Ática. 2000. RAMALHO, F. J.; FERRARO, N. G.; SOARES, P. A. T. Os Fundamentos da Física . São Paulo: Moderna, 2003. GRAFIA: FÍSICA ELETROMAGNETISMO 1 Julio Cesar Souza Almeida Minha carreira profissional começa por meados de 1998, quando entrei na UFES, ao mesmo tempo dava aulas a noite em uma escola da rede estadual do Espírito Santo chamada Silvio Egito Sobrinho, nela permaneci por dois anos. No ano de 2000 comecei a trabalhar em outra escola da rede pública chamada Sizenando Pechinha Filho localizada em Barcelona, Serra, nessa permaneci até 2004. Em 2002 me graduei em Licenciatura plena em física pela UFES, logo após ingressei em escolas da rede privada, Ministrei aulas nas escolas de Ensino Médio Centro Batista de Cultura (Serra), Crescer PHD (Vitória), Colégio Faesa (Vitória), Escola São Geraldo (Cariacica), Escola Múltipla (Serra), Colégio Contec (Vitória e Vila Velha), COC (Vitória), Colégio UP (Vitória e Vila Velha),Colégio Castro Alves (Cariacica), Colégio Nacional (São Mateus) . Entre os anos de 2004 e 2012 também trabalhei com ensino preparatório em pré- IFES (UNIPRÓ) e pré-UFES. Em 2008 fui aprovado em concurso público para o cargo de professor de física, escolhi então a escola Clóvis Borges Miguel, localizada na Serra Sede, onde trabalho até hoje. Tenho duas pós-graduações latu-senso, a primeira finalizada no ano de 2008, em ensino de física pela FIJ Faculdades Integradas Jacaré Paguá RJ, a segunda em 2010 pelo IFES (Instituto federal do Espírito Santo), em Ensino Médio integrado ao profissional tecnológico. Fui professor universitário entre 2007 e 2014, onde ministrei as disciplinas de Física Aplicada ao petróleo e gás, Termodinâmica, Métodos Matemáticos, Probabilidade e Estatistica, no Centro Tecnológico da Faesa (CET-FAESA). Atualmente continuo ministrando aulas, na Escola Múltipla e no colégio Clovis Borges Miguel, onde sou Efetivo. FÍSICA ELETROMAGNETISMO FÍSICA ELETROMAGNETISMO 2 Sumário CARGA ELÉTRICA ......................................................................................................................................................................................... 3 CONDUTORES DE ELETRICIDADE .......................................................................................................................................................................... 3 ISOLANTES DE ELETRICIDADE ............................................................................................................................................................................... 3 PRINCÍPIOS DA ELETROSTÁTICA ......................................................................................................................................................... 5 QUANTIDADE DE CARGA ELÉTRICA ....................................................................................................................................................................... 5 PROCESSOS DE ELETRIZAÇÃO ............................................................................................................................................................. 6 ELETRIZAÇÃO POR ATRITO .................................................................................................................................................................................... 6 ELETRIZAÇÃO POR CONTATO ................................................................................................................................................................................ 6 ELETRIZAÇÃO POR INDUÇÃO ................................................................................................................................................................................. 6 PÊNDULO ELETROSTÁTICO .................................................................................................................................................................................... 7 ELETROSCÓPIO DE FOLHAS ................................................................................................................................................................................... 7 LEI DE COULOMB ......................................................................................................................................................................................... 13 CAMPO ELÉTRICO ....................................................................................................................................................................................... 17 CORRENTE ELÉTRICA .............................................................................................................................................................................. 22 INTENSIDADE DE CORRENTE ELÉTRICA .............................................................................................................................................................. 22 TIPOS DE CORRENTE ELÉTRICA ........................................................................................................................................................................... 22 EFEITOS DA CORRENTE ELÉTRICA ....................................................................................................................................................................... 27 LEI DE OHM ..................................................................................................................................................................................................... 28 1ª LEI DE OHM ....................................................................................................................................................................................................... 28 2ª LEI DE OHM ....................................................................................................................................................................................................... 32 POTÊNCIA ELÉTRICA ................................................................................................................................................................................ 34 POTÊNCIA DISSIPADA NO RESISTOR ................................................................................................................................................................... 22 ENERGIA ELÉTRICA ................................................................................................................................................................................... 40 ENERGIA CONSUMIDA ......................................................................................................................................................................................... 40 ASSOCIAÇÃO DE RESISTORES............................................................................................................................................................... 43 CIRCUITO SÉRIE .................................................................................................................................................................................................... 43 CIRCUITO PARALELO ............................................................................................................................................................................................ 44 CIRCUITO MISTO ...................................................................................................................................................................................................45 CURTO CIRCUITO ................................................................................................................................................................................................. 47 APARELHOS DE MEDIDAS ELÉTRICAS ........................................................................................................................................... 48 VOLTÍMETRO ........................................................................................................................................................................................................ 48 AMPERÍMETRO ..................................................................................................................................................................................................... 48 ASSOCIAÇÃO DE RESISTORES............................................................................................................................................................... 43 CIRCUITO SÉRIE .................................................................................................................................................................................................... 43 CIRCUITO PARALELO ............................................................................................................................................................................................ 44 CAPACITORES ................................................................................................................................................................................................. 55 FÍSICA ELETROMAGNETISMO 3 CAPACITÂNCIA ..................................................................................................................................................................................................... 55 ASSOCIAÇÃO DE CAPACITORES EM SÉRIE .......................................................................................................................................................... 56 ASSOCIAÇÃO DE CAPACITORES EM PARALELO .................................................................................................................................................. 57 GERADORES ELÉTRICOS .......................................................................................................................................................................... 59 MAGNETISMO .................................................................................................................................................................................................. 59 IMÃ ........................................................................................................................................................................................................................ 63 CAMPO MAGNÉTICO EM CONDUTOR RETILÍNEO ............................................................................................................................................... 68 FORÇA MAGNETICA .................................................................................................................................................................................... 73 FORÇA MAGNÉTICA EM UM CONDUTOR RETILÍNEO, SUBMETIDO A UM CAMPO MAGNÉTICO EXTERNO. ...................................................... 73 FORÇA MAGNÉTICA SOBRE UMA CARGA ELÉTRICA SUBMETIDA A UM CAMPO MAGNÉTICO. ......................................................................... 77 LEI DE LENZ E FARADAY .........................................................................................................................................................................80 TRANSFORMAÇÕES DE ENERGIA ...................................................................................................................................................... 84 EMENTA ENEM................................................................................................................................................................................................ 87com uma carga elétrica de 4,0x10-15 C. Como o módulo da carga do elétrons é 1,6x10-19 C, essa partícula a) ganhou 2,5x104 elétrons. b) perdeu 2,5x104 elétrons. c) ganhou 4,0x105 elétrons. d) perdeu 4,0x105 elétrons 11. Durante uma tempestade, um raio atinge um ônibus que trafega por uma rodovia. Pode-se afirmar que os passageiros: a) não sofrerão dano físico em decorrência deste fato, pois os pneus de borracha asseguram o isolamento elétrico do ônibus. b) serão atingidos pela descarga elétrica, em virtude da carroceria metálica ser boa condutora de eletricidade. c) serão parcialmente atingidos, pois a descarga será homogeneamente distribuída na superfície interna do ônibus. FÍSICA ELETROMAGNETISMO 10 d) não sofrerão dano físico em decorrência deste fato, pois a carroceria metálica do ônibus atua como blindagem. 12. Um pedaço de papel higiênico e uma régua de plástico estão eletricamente neutros. A régua de plástico é, então, friccionada no papel higiênico. Após o atrito deve-se esperar que: a) somente a régua fique eletrizada. b) somente o papel fique eletrizado. c) ambos fiquem eletrizados com cargas de mesmo sinal e mesmo valor absoluto. d) ambos fiquem eletrizados com cargas de sinais contrários e mesmo valor absoluto. 13. O corpos eletrizados por atrito, contato e indução ficam carregados respectivamente com cargas de sinais: a) iguais, iguais e iguais. b) contrários, iguais e contrários. c) iguais, iguais e contrários. d) contrários, contrários e iguais 14. A figura abaixo representa um condutor A, eletricamente neutro, ligado à Terra. Aproxima-se de A um corpo B carregado positivamente. Pode-se afirmar que : a) os elétrons da Terra são atraídos para A. b) os elétrons de A escoam para a Terra.. c) os prótons da Terra são atraídos para A. d) os prótons de A escoam para a Terra. 15. Uma esfera metálica carregada M é aproximada de um eletroscópio de folhas de alumínio, conforme o esquema abaixo. A carcaça metálica R está em contato permanente com o solo (aterrada). Enquanto a esfera M estava muito afastada do eletroscópio estabeleceu-se um contato elétrico transitório entre T e R. Qual é a afirmação CORRETA em relação à experiência? a) As folhas se abrirão à medida que M vai se aproximando de T. b) As folhas só abrirão quando M tocar em R c) As folhas só abrirão se o contato entre T e R for mantido permanentemente. d) As folhas só abrirão quando M tocar em T. 16. Três esferas condutoras A, B e C têm o mesmo diâmetro. A esfera A está inicialmente neutra, e as outras duas carregadas respectivamente com cargas de 6 µC e 7 µC. Com a esfera A toca-se primeiramente B e depois C. Supondo o sistema isolado, as cargas elétricas de A, B e C, depois dos contatos, são, respectivamente: a) 5 µC, 3 µC e 5 µC b) 7 µC, 3 µC e 5 µC c) 6 µC, 3 µC e 5 µC d) 5 µC, 3 µC e 7 µC Lista de exercícios disponível em : http://www.supletivounicanto.com.br/docs/listas/medio/ fisica/Fisica_3o_Ano_eletrizacao_fim.pdf GABARITO 1D 2E 3D 4C 5B 6A 7C 8D 9D 10B 11D 12D 13B 14A 15A 16A. FÍSICA ELETROMAGNETISMO 11 SE LIGA NO ENEM!!! 01. (MODELO ENEM) Observe a figura abaixo : O processo de separação de cargas descrito no desenho ( nuvem – edifício) acima é: a) Eletrização por contato b) Indução eletromagnética c) Indução eletrostática d) Eletrização por atrito 02. (MODELO ENEM) “Geração Pontocom” – O pessoal que não conheceu o mundo antes do computador é imbatível na rapidez com que processam informações e novidades. Sabemos que o uso do computador está cada vez mais difundido no Brasil e no Mundo. Mas devemos ter alguns cuidados técnicos com esta máquina poderosa, porém frágil. Um dos maiores problemas para as memórias de acesso do computador é a energia estática. Sobre processos de eletrização, podemos afirmar: a) Na eletrização por atrito ambos os corpos adquirem cargas de mesmo valor e mesmo sinal b) Na eletrização por contato os corpos adquirem cargas de mesmo valor, porém de sinal contrário. c) Processos de eletrização são, nada mais do que escoamento de elétrons de um corpo para outro d) Na eletrização por indução, após o processo, os corpos adquirem cargas de mesmo valor e sinal. 03. (MODELO ENEM) Em dias secos, em ambientes carpetados, é comum as pessoas receberem pequenas descargas elétricas ao tocarem em maçanetas e outros objetos metálicos. Isso se deve ao fato de : a) Os objetos metálicos, por serem bons condutores, absorverem facilmente energia elétrica e se descarregarem ao serem tocados. b) O corpo da pessoa, eletrizado pelo atrito com o carpete, se descarregar nesses objetos. c) Os metais se carregaram negativamente e os isolantes positivamente, gerando uma corrente elétrica ao se fechar o circuito. d) Os carpetes, em ambientes secos e quentes, emitirem elétrons livres, carregando-se positivamente e descarregando-se através do contato. 04. (MODELO ENEM) Na antigüidade, acreditava-se que os raios eram castigos enviados por deuses furiosos e somente no século XVIII o fenômeno foi cientificamente explicado por Benjamin Franklin (1706 - 1790) que, além de político, era também físico e filósofo. Franklin enunciou o Barra metálica Terra A 1 C 2 Exercícios de Física – Eletrização princípio da conservação da carga, descobriu a natureza elétrica dos raios e inventou o pára- raios. Nos dois séculos que se seguiram, muitas pesquisas foram feitas na área de meteorologia e o fenômeno da geração de raios é atualmente bem conhecido. As nuvens de tempestade têm altura entre 1,5 e 15 km, apresentando temperaturas internas muito diferentes. Na parte inferior, a temperatura é próxima à do ambiente (em média 20 oC), enquanto que na parte mais alta pode atingir - 50 oC. Este enorme gradiente de temperaturas gera ventos muito intensos no interior das nuvens que por sua vez provocam a separação de cargas elétricas devido ao atrito com as partículas de gelo existentes no topo. Assim, a parte inferior das nuvens contém excesso de cargas negativas, enquanto a parte superior, positivas. Por indução, no solo há surgimento de excesso de cargas positivas e se estabelece uma enorme diferença de potencial entre a nuvem e o solo, podendo atingir milhões de volts. Uma vez vencida a capacidade isolante do ar, ocorrem de 30 a 40 descargas elétricas sucessivas espaçadas por intervalos de aproximadamente 0,01 s, que constituem um único raio. FÍSICA ELETROMAGNETISMO 12 Observe a ilustração: Com base nas informações acima e nos conhecimentos em Eletrostática, assinale a CORRETA: a) Processo de eletrização que ocorre no interior das nuvens, que possibilita a separação de cargas, é a indução eletrostática. b) Um corpo neutro é aquele que não possui cargas elétricas. c) Relâmpago ocorre porque há aquecimento do ar provocando uma expansão e propagação em forma de onda sonora, com um estalo característico. d) Ar, em qualquer situação, é considerado um isolante elétrico. 05. (MODELO ENEM) Nos períodos de estiagem em Brasília, é comum ocorrer o choque elétrico ao se tocar a carroceria de um carro ou a maçaneta de uma porta em um local onde o piso é recoberto por carpete. Centelhas ou faíscas elétricas de cerca de um centímetro de comprimento saltam entre os dedos das pessoas e esses objetos. Uma faísca elétrica ocorre entre dois corpos isolados no ar, separados por uma distância de um centímetro, quando a diferença de potencial elétrico entre eles atinge, em média, 10.000V. Com o auxílio do texto, marque a alternativa CORRETA: a) Choque elétrico é sentido por uma pessoa devidoà falta de corrente elétrica pelo seu corpo. b) Os choques elétricos referidos no texto são perigosos porque são provenientes de cargas estáticas que acumulam grande quantidade de energia. c) Processo de eletrização por indução é o principal responsável pelo surgimento do fenômeno descrito no texto. d) Ar em uma região onde existe um campo elétrico uniforme de intensidade superior a 10.000V/cm é um péssimo condutor de eletricidade. 06. (MODELO ENEM)-(UFTM-MG) A indução eletrostática consiste no fenômeno da separação de cargas em um corpo condutor (induzido), devido à proximidade de outro corpo eletrizado (indutor). Preparando-se para uma prova de física, um estudante anota em seu resumo os passos a serem seguidos para eletrizar um corpo neutro por indução, e a conclusão a respeito da carga adquirida por ele. Passos a serem seguidos: I. Aproximar o indutor do induzido, sem tocá-lo. II. Conectar o induzido à Terra. III. Afastar o indutor. IV. Desconectar o induzido da Terra. Conclusão: No final do processo, o induzido terá adquirido cargas de sinais iguais às do indutor. Ao mostrar o resumo para seu professor, ouviu dele que, para ficar correto, ele deverá a) inverter o passo III com IV, e que sua conclusão está correta. b) inverter o passo III com IV, e que sua conclusão está errada. c) inverter o passo I com II, e que sua conclusão está errada. d) inverter o passo I com II, e que sua conclusão está correta. e) inverter o passo II com III, e que sua conclusão está errada. Gabarito 1C 2C 3B 4C 5C 6B FÍSICA ELETROMAGNETISMO 13 "As cargas elétricas exercem forças entre si. Essas forças obedecem ao princípio da ação e reação, ou seja, têm a mesma intensidade, a mesma direção e sentidos opostos." Fe= força de interação entre as cargas (N) Q = carga (C) d = distância entre as cargas (m) K = constante eletrostática (N.m2/C2) Kvácuo = 9.109 N.m2/C2 EXERCÍCIOS BÁSICOS 1. Dois corpos foram eletrizados positivamente. Um dos corpos ficou com uma carga de 10-5 C e o outro com uma carga de 10-7C. Determine a força de repulsão que aparecerá entre eles, se forem colocados a uma distância de 10-3 m um do outro. Considere Kvácuo = 9.109 N.m2/C2 2. Duas cargas de 8.10-4C e 2.10-3C estão separadas por 6 m, no vácuo. Calcule o valor da força de repulsão entre elas. 3. Duas cargas elétricas Q1 = 10.10-6C e Q2 = -2.10-6C estão situadas no vácuo e separadas por uma distância de 0,2 m. Qual é o valor da força de atração entre elas? 4. Uma carga de 10-12 C é colocada a uma distância de 10-5 m de uma carga Q. Entre as cargas aparece uma força de atração igual a 27.10-4 N. Determine o valor da carga Q. Considere Kvácuo = 9.109 N.m2/C2 5. Uma carga de 10-9 C é colocada a uma distância de 2.10-2 m de uma carga Q. Entre as cargas aparece uma força de atração igual a 9.10-5 N. Determine o valor da carga Q. Considere Kvácuo = 9.109 N.m2/C2 6. A que distância no vácuo devem ser colocadas duas cargas positivas e iguais a 10-4C, para que a força elétrica de repulsão entre elas tenha intensidade 10 N? 7. Colocam-se no vácuo duas cargas elétricas iguais a uma distância de 2 m uma da outra. A intensidade da força de repulsão entre elas é de 3,6.102 N. Determine o valor das cargas. 8. Duas cargas elétricas puntiformes positivas e iguais a Q estão situadas no vácuo a 2 m de distância, Sabendo que a força de repulsão mútua tem intensidade 0,1 N, calcule Q. QUESTÕES 9. É possível uma carga elétrica ser atraída por três outras cargas fixas e permanecer em equilíbrio? Faça um esquema justificando a resposta. 10. Descreva o método utilizado por Coulomb para medir a força elétrica. 11. A força de interação elétrica obedece ao princípio da ação e reação? EXERCÍCIOS COMPLEMENTARES 1. Segundo o princípio da atração e repulsão, corpos eletrizados com cargas de mesmo sinal se repelem e com sinais contrários se atraem. O módulo da força de atração LEI DE COULOMB FÍSICA ELETROMAGNETISMO 14 ou repulsão mencionado acima é calculado através da lei de Coulomb. Sobre esta força é correto afirmar que ela é a) inversamente proporcional ao produto das cargas. b) proporcional ao quadrado da distância entre as cargas. c) uma força de contato. d) uma força de campo. e) fraca, comparada com a força da gravidade. 2. Duas cargas iguais e positivas de 2,0 · 10 -7 C estão separadas por uma distância de 0,1m. Qual o valor da força elétrica que age em cada uma delas? a) 3,6. 10-5 b) 3,6. 10-4 c) 3,6. 10-3 d) 3,6. 10-2 e) 3,6. 10-1 3. Uma carga negativa de -8 · 10 -8 C está a uma distância de 2 · 10 -3 m de uma carga positiva cujo valor é 5 · 10 -10 C. Qual o valor da força eletrostática que age em cada uma delas? a) 9. 10-1 b) 9. 10-2 c) 9. 10-3 d) 9. 10-4 e) 9. 10-5 4. Dois prótons de uma molécula de hidrogênio distam cerca de 1,0×10-10m. Qual o módulo da força elétrica que um exerce sobre o outro, em unidades de 10-9N? a) 13 b) 18 c) 20 d) 23 e) 28 5. As cargas elétricas puntiformes Q1 e Q2, posicionadas em pontos fixos conforme o esquema a seguir, mantêm, em equilíbrio, a carga elétrica puntiforme q alinhada com as duas primeiras. De acordo com as indicações do esquema, o módulo da razão Q1/Q2 é igual a a) 36 b) 9 c) 2 d) 3/2 e) 2/3 6. Duas cargas elétrica puntiformes Q1 e Q2=4Q1 estão fixas nos pontos A e B, distantes 30cm. Em que posição (x) deve ser colocada uma carga Q3=2Q1para ficar em equilíbrio sob ação somente de forças elétricas? a) x = 5 cm b) x = 10 cm c) x =15 cm d) x = 20 cm e) x = 25 cm 7. Duas pequenas esferas idênticas estão eletrizadas com cargas q e -5q e se atraem com uma força elétrica de intensidade F, quando estão separadas de uma distância d. Colocando-as em contato e posicionando-as, em seguida, a uma distância 2d uma da outra, a intensidade de nova força de interação elétrica entre as esferas será a) f/2 b) f/3 FÍSICA ELETROMAGNETISMO 15 c) f/4 d) f/5 e) f/10 8. Duas cargas positivas, separadas por uma certa distância, sofrem uma força de repulsão. Se o valor de uma das cargas for dobrada e a distância duplicada, então, em relação ao valor antigo de repulsão, a nova força será: a) o dobro b) o quádruplo c) a quarta parte d) a metade 9. O gráfico abaixo representa a força F entre duas cargas pontuais positivas de mesmo valor, separadas pela distância r. Determine o valor das cargas, em unidades de 10-9C. a) 1,0 b) 2,0 c) 3,0 d) 4,0 e) 5,0 Gabarito 1- D 2- D 3- B 4- D 5- B 6- B 7- D 8- D 9- E SE LIGA NO ENEM!!! 01. (UNIMES SP-MODELO ENEM) A figura abaixo mostra um diagrama do aparelho utilizado pelo físico americano Robert A. Millikan para medir a carga elementar e. Gotículas de óleo são introduzidas na câmara A por meio de um atomizador e várias se tornam eletricamente carregadas durante esse processo. Algumas caem e, passando pelo orifício da placa P1, atingem a câmara C onde podem ser observadas pelo microscópio. As placas P1 e P2 formam um capacitor. Nesta região, pode-se aplicar um campo elétrico fechando o interruptor que liga a bateria B às placas do capacitor, tornando a placa P1 positiva e a placa P2 negativa. Assim, com o interruptor fechado, para uma gota de óleo situada no meio da câmara C, pode-se afirmar que: a) é impossível equilibrar a gota. Seu peso inevitavelmente fará a mesma cair. b) a gota poderá ficar equilibrada desde que tenha carga negativa (excesso de elétrons). c) a gota poderáficar equilibrada desde que tenha carga positiva (falta de elétrons). d) apenas gotas com carga positiva serão aceleradas para cima. e) apenas gotas neutras (sem carga elétrica) ficarão equilibradas. 02. (CESGRANRIO-MODELO ENEM) A lei de Coulomb afirma que a força de intensidade elétrica de partículas carregadas é proporcional: I. às cargas das partículas; II. às massas das partículas; III. ao quadrado da distância entre as partículas; IV. à distância entre as partículas. Das afirmações acima a) somente I é correta; b) somente I e III são corretas; c) somente II e III são corretas; d) somente II é correta; FÍSICA ELETROMAGNETISMO 16 e) somente I e IV são corretas. 03. (UF - JUIZ DE FORA-MODELO ENEM) Duas esferas igualmente carregadas, no vácuo, repelem-se mutuamente quando separadas a uma certa distância. Triplicando a distância entre as esferas, a força de repulsão entre elas torna-se: a) 3 vezes menor b) 6 vezes menor c) 9 vezes menor d) 12 vezes menor e) 9 vezes maior 04. (UFG GO-MODELO ENEM) A eletricidade Os materiais de uma forma geral são constituídos por cargas elétricas, podendo estar neutros ou carregados positiva ou negativamente. Em relação ao comportamento desses materiais, do ponto de vista eletrostático, é correto afirmar-se que: a) um corpo eletricamente neutro, suspenso por um fio isolante, é repelido quando aproximamos um bastão carregado positivamente; b) uma carga Q cria um campo elétrico no espaço em torno dela, e esse campo é o responsável pelo aparecimento de força elétrica em outras cargas, colocadas no espaço ao seu redor; c) a carga elétrica em uma casca condutora esférica se distribui na superfície interna desta, anulando o campo elétrico nas vizinhanças da superfície externa; d) a força eletrostática que uma carga q1, exerce sobre uma carga q2 é diretamente proporcional à distância que separa seus centros. 05. (MACK SP-MODELO ENEM) Com base no modelo do átomo de hidrogênio, no qual se considera um elétron descrevendo uma órbita circunferencial ao redor do núcleo, temos um exemplo de M.C.U. O raio dessa órbita é da ordem de 1.10–10 m. Sabe-se que a carga elementar é e = 1,6.10–19 C, a constante eletrostática do meio é k = 9.10–10 N.m2/C2, a massa do elétron é me = 9,0.10–31 kg e a massa do próton é mp = 1,67.10–27kg. Nesse modelo atômico, a velocidade escalar do elétron é, aproximadamente: a) 1,6.104 m/s b) 3,2.104 m/s c) 1,6.106 m/s d) 3,2.106 m/s e) 1,6.109 m/s 06. (UFMG – MODELO ENEM) Em um experimento, o Professor Ladeira observa o movimento de uma gota de óleo, eletricamente carregada, entre duas placas metálicas paralelas, posicionadas horizontalmente. A placa superior tem carga positiva e a inferior, negativa, como representado nesta figura: Considere que o campo elétrico entre as placas é uniforme e que a gota está apenas sob a ação desse campo e da gravidade. Para um certo valor do campo elétrico, o Professor Ladeira observa que a gota cai com velocidade constante. Com base nessa situação, é CORRETO afirmar que a carga da gota é: a) negativa e a resultante das forças sobre a gota não é nula. b) positiva e a resultante das forças sobre a gota é nula. c) negativa e a resultante das forças sobre a gota é nula. d) positiva e a resultante das forças sobre a gota não é nula. GABARITO 1B 2A 3C 4B 5C 6C FÍSICA ELETROMAGNETISMO 17 "Existe uma região de influência da carga Q onde qualquer carga de prova q, nela colocada, estará sob a ação de uma força de origem elétrica. A essa região chamamos de campo elétrico." O campo elétrico E é uma grandeza vetorial. A unidade de E no SI é N/C. q F E E = Intensidade do campo elétrico (N/C) F = Força (N) Q=Carga elétrica (C ) q = carga de prova (C) EXERCÍCIOS BÁSICOS 1. Calcule o valor do campo elétrico num ponto do espaço, sabendo que uma força de 8N atua sobre uma carga de 2C situada nesse ponto. 2. Devido ao campo elétrico gerado por uma carga Q, a carga q = +2.10-5 fica submetida à força elétrica F = 4.10-2 N. Determine o valor desse campo elétrico. 3. O corpo eletrizado Q, positivo, produz num ponto P o campo elétrico E , de intensidade 2.105 N/C. Calcule a intensidade da força produzida numa carga positiva q = 4.10-6 C colocada em P. 4. Em um ponto do espaço, o vetor campo elétrico tem intensidade 3,6.103 N/C. Uma carga puntiforme de 1.10-5 C colocada nesse ponto sofre a ação de uma força elétrica. Calcule a intensidade da força. 5. Uma carga de prova q = -3.10-6 C, colocada na presença de um campo elétrico E , fica sujeita a uma força elétrica de intensidade 9N, horizontal, da direita para a esquerda. Determine a intensidade do vetor campo elétrico e sua orientação. 6. Num ponto de um campo elétrico, o vetor campo elétrico tem direção vertical, sentido para baixo e intensidade 5.103 N/C. Coloca-se, neste ponto, uma pequena esfera de peso 2.10-3 N e eletrizada com carga desconhecida. Sabendo que a pequena esfera fica em equilíbrio, determine: a) A intensidade, a direção e o sentido da força elétrica que atua na carga; b) O valor da carga. 7. Sobre uma carga de 2C, situada num ponto P, age uma força de 6N. No mesmo ponto, se substituirmos a carga de por uma outra de 3C, qual será o valor da força sobre ela? Questões 8. O que acontece com um corpo eletrizado quando colocado numa região onde existe um campo elétrico? ORIENTAÇÃO DO CAMPO ELÉTRICO CAMPO ELÉTRICO FÍSICA ELETROMAGNETISMO 18 "O vetor campo elétrico em um ponto P independe da carga de prova nele colocada." 2d Q KE Q = carga que gera o campo (C) d = distância da carga ao ponto P K = constante eletrostática (N.m2/C2) Kvácuo = 9.109 N.m2/C2 EXERCÍCIOS BÁSICOS 1. Calcule o campo elétrico criado por uma carga Q = 2.10-6 C, situada no vácuo, em um ponto distante 3.10-2 m de Q. 2. Calcule o campo elétrico gerado por uma carga Q = - 4.10-6 C, situada no vácuo, em um ponto distante 0,6m de Q. Faça também um esquema representando a carga Q e o vetor campo elétrico. 3. Uma carga Q, positiva, gera no espaço um campo elétrico. Num ponto P, a 0,5m dela o campo elétrico tem intensidade E = 14,4.106 N/C. Sendo o meio o vácuo, determine Q. 4. Considere uma carga Q, fixa, de -5.10-6 C, no vácuo. a) Determine o campo elétrico criado por essa carga num ponto A localizado a 0,2 m da carga; b) Determine a força elétrica que atua sobre uma carga q = 4.10-6 C, colocada no ponto A. 5. O diagrama representa a intensidade do campo elétrico, originado por uma carga Q, fixa, no vácuo, em função da distância à carga. Determine: a) o valor da carga Q, que origina o campo; b) o valor do campo elétrico situado num ponto P, a 0,5 m da carga Q. EXERCÍCIOS COMPLEMENTARES 1-(Mackenzie ) Uma carga elétrica puntiforme com 4,0µC, que é colocada em um ponto P do vácuo, fica sujeita a uma força elétrica de intensidade 1,2N. O campo elétrico nesse ponto P tem intensidade de: a) 3,0.105 N/C b) 2,4.105 N/C c) 1,2.105 N/C d) 4,0.10-6 N/C e) 4,8.10-6 N/C 2-(Unesp ) A figura 1 representa uma carga elétrica pontual positiva no ponto P e o vetor campo elétrico no ponto 1, devido a essa carga. No ponto 2, a melhor representação para o vetor campo elétrico, devido à mesma carga em P, será: CAMPO ELÉTRICO DE UMA CARGA PUNTIFORME FÍSICA ELETROMAGNETISMO 19 3. (Unesp) Na figura adiante, o ponto P está eqüidistante dascargas fixas +Q e -Q. Qual dos vetores indica a direção e o sentido do campo elétrico em P, devido a essas cargas? 4-(Faap ) Sabendo-se que o vetor campo-elétrico no ponto A é nulo, a relação entre d1 e d2 é: a) d1/d2 = 4 b) d1/d2 = 2 c) d1/d2 = 1 d) d1/d2 = 1/2 e) d1/d2 = 1/4 5- (Mackenzie ) As cargas puntiformes q1 = 20µC e q2 = 64µC estão fixas no vácuo (K0 = 9,0 × 109N.m2/c2), respectivamente nos pontos A e B. O campo elétrico resultante no ponto P tem intensidade de: a) 3,0.106 N/C b) 3,6.106 N/C c) 4,0.106 N/C d) 4,5.106 N/C e) 5,4.106 N/C 6-(Fatec ) Uma partícula de massa 1,0×105kg e carga elétrica 2,0µC fica em equilíbrio quando colocada em certa região de um campo elétrico. Adotando-se g=10m/s2, o campo elétrico naquela região tem intensidade, em V/m, de: a) 500 b) 0,050 c) 20 d) 50 e) 200 7.(Pucmg) No início do século XX (1910), o cientista norte-americano ROBERT MILLIKAN conseguiu determinar o valor da carga elétrica do ELÉTRON como q = -1,6 × 10 19C. Para isso colocou gotículas de óleo eletrizadas dentro de um campo elétrico vertical, formado por duas placas eletricamente carregadas, semelhantes a um capacitor de placas planas e paralelas, ligadas a uma fonte de tensão conforme ilustração a seguir. g = 10 m/s2 Admitindo que cada gotícula tenha uma massa de 1,6 × 1015 kg, assinale o valor do campo elétrico necessário para equilibrar cada gota, considerando que ela tenha a sobra de um único ELÉTRON (carga elementar). a) 1,6 × 104 N/C b) 1,0 × 105 N/C c) 2,0 × 105N/C d) 2,6 × 104 N/C Gabarito: 1- A 2- C 3- C 4- B 5- B 6- D 7- B FÍSICA ELETROMAGNETISMO 20 - Gerador de gotas Placas defletoras Folha de papel P v SE LIGA NO ENEM!!! 01. (UDESC-MODELO ENEM) A primeira impressora a jato de tinta surgiu em 1964, quando um certo Richard G. Sweet registrou a patente do Fluid Droplet, capaz de desviar a direção da tinta tanto para a página como para um reservatório. Basicamente, durante a impressão, as gotas são lançadas por um dispositivo gerador com uma certa velocidade e eletrizadas com uma carga elétrica. Ao passar por um campo elétrico, produzido por placas defletoras, as gotas eletrizadas são desviadas, de forma que atinjam exatamente um ponto pré-determinado na folha de papel. No esquema abaixo, onde estão representadas as partes principais de uma impressora jato de tinta, uma gota negativamente carregada é lançada horizontalmente com uma velocidade v , atingindo o ponto P na folha de papel. Nessa situação, a orientação do vetor campo elétrico na região das placas defletoras é: a) b) c) d) e) 02. (UFCG PB-MODELO ENEM) Durante o processo de produção de minúsculas esferas de metal desenvolvido num laboratório da NASA, uma esfera de alumínio de 20 mg, com carga positiva de 0,24 nC, é mantida em repouso, por levitação, entre duas grandes placas paralelas carregadas (comparadas às dimensões da esfera) numa câmara de vácuo, a 3,0 mm da placa inferior (na figura, a esfera de AI aparece brilhante entre as placas). Nessas condições, pode-se afirmar que a) o campo elétrico entre as placas está dirigido de baixo para cima e tem módulo igual a N/C 10 x 3,8 5 . b) se a esfera não estiver carregada, o fenômeno da indução elétrica garante a observação do mesmo fenômeno. c) a diferença de potencial elétrico entre a placa inferior e a posição da esfera vale V 10 x 0,5 3 . d) realizando-se o experimento num local muito afastado da Terra e de outros corpos celestes, o novo valor do campo elétrico deverá ser de V/m 10 x 2,1 5 . e) o campo elétrico entre as placas está dirigido de cima para baixo e tem módulo igual a N/C 10 x 3,8 5 . 03. (ENEM-2013) Um circuito em série é formado por uma pilha, uma lâmpada incandescente e uma chave interruptora. Ao se ligar a chave, a lâmpada acende quase instantaneamente, irradiando calor e luz. Popularmente, associa-se o fenômeno da irradiação de energia a um desgaste da corrente elétrica, ao atravessar o filamento da lâmpada, e à rapidez com que a lâmpada começa a brilhar. Essa explicação está em desacordo com o modelo clássico de corrente. De acordo com o modelo mencionado, o fato de a lâmpada acender quase instantaneamente está relacionado à rapidez com que e a) o fluido elétrico se desloca no circuito. b) as cargas negativas móveis atravessam o circuito c) a bateria libera cargas móveis para o filamento da lâmpada. d) o campo elétrico se estabelece em todos os pontos do circuito. e) as cargas positivas e negativas se chocam no filamento da lâmpada. Gabarito: 1C 2A 3D FÍSICA ELETROMAGNETISMO 21 RESPOSTAS DE ELETROSTÁTICA Carga elétrica 1- Q= -19,2.10-19 C 2- Q= -1,6.10-18 C 3- n= 2.1014 é 4- n= 4.1013 é 5- n= 10.1010 é 6- Neutro n° prótons = n° elétrons 7- Isolante: corpo fica negativo, mas as cargas não se movimentam pelo material. Condutor: corpo fica negativo, mas as cargas podem se movimentar pelo material. 8- Somente os elétrons. 9- São elétrons da última camada dos átomos que estão fracamente ligadas ao núcleo, por isso eles podem se movimentar livremente pelos materiais. Isso ocorre nos condutores. 10- Positiva e Negativa, protons e elétrons respectivamente. 11- Cargas de sinais iguais se repelem e cargas de sinais contrários se atraem. 12- É a ligação pelo qual colocamos um fio conectando um corpo a terra, afim de carregar ou descarregar o corpo. Processos de eletrização 1- QA = 5µC, QB= 2µC, QC= 5µC 2- QB= 3µC 3- QA = 5µC e QB =5µC 4- A corrente metálica serve como fio terra, descarregando a carcaça do caminhão, para não provocar centelhas e conseguentemente uma explosão. 5- segurando ela com a mão nunca vai conseguir eletrizá-la, pois seu corpo serve como fio terra. Devemos colocar a esfera sobre um material isolante, para que possamos eletrizá-la. 6- Não se distribuirá, nos isolantes as cargas não conseguem se movimentar, elas ficam acumuladas em uma região. Se fosse um metal que é um condutor ela iria se distribuir por toda a superfície do metal. 7- Elétrons, lembre-se quem se movimenta são sempre os elétrons. Lei de Coulomb 1- F= 9.103 N 2- F=4.102 N 3- 45.10-1 N 4- 3.10-11 N 5- 4nC 6- d= 3m 7- Q= 4.10-4 C 8- 2/3.10-5 9- Separa-se as duas cargas a uma certa distância, no vácuo, medindo o valor das duas cargas tem-se a força entre elas. 10- A força de uma carga sobre a outra são de mesma intensidade,mesma direção, porem tem sentidos opostos, de acordo com a Lei de ação e reação proposta por Newton. Campo elétrico 1- E= 4 N/C 2- E= 2.103 N/C 3- F= 0,8 N 4- F= 3,6.10-2 N 5- E= 3.106 N/C 6- F=P= 2.10-3 N q= 0,4 Mc 7- E= 3 N/C F= 9 N 8- Ele será atraido ou repelido. Campo elétrico de uma carga puntiforme 1- E= 2.107 N/C 2- E= 1.105 N/C 3- Q= 4.10-4 N/C 4- E= 1,125.106 N/C F= 4,5 N 5- Q= 6.10-6 C E= 2,16.105 N/C FÍSICA ELETROMAGNETISMO 22 "As cargas elétricas em movimento ordenado constituem a corrente elétrica. As cargas elétricas que constituem a corrente elétrica são os elétrons livres, no caso do sólido, e os íons, no caso dos fluídos." INTENSIDADE DA CORRENTE ELÉTRICA t q i q = n.e i = corrente elétrica (A) q = carga elétrica (C) t = tempo (s) n = número de cargas e = carga elementar (C) e = 1,6.10-19 C Unidade de corrente elétrica no SI é ampère (A) TIPOS DE CORRENTE - Corrente contínua É aquela cujo sentido se mantém constante. Ex: corrente deuma bateria de carro, pilha, etc. - Corrente alternada É aquela cujo sentido varia alternadamente. Ex: corrente usada nas residências. Propriedade gráfica "No gráfico da corrente em função do tempo, a área sob a curva, é numericamente igual a quantidade de carga que atravessa o condutor." i (A) i A A = q 0 t1 t2 t (s) EXERCÍCIOS BÁSICOS 1. Por uma secção transversal de um fio de cobre passam 20C de carga em 2 segundos. Qual é a corrente elétrica? 2. Em cada minuto, a secção transversal de um condutor metálico é atravessada por uma quantidade de carga elétrica de 12C. Qual a corrente elétrica que percorre o condutor? 3. O filamento de uma lâmpada é percorrido por uma corrente de 2A. Calcule a carga elétrica que passa pelo filamento em 20 segundos. CORRENTE ELÉTRICA FÍSICA ELETROMAGNETISMO 23 4. Um condutor metálico é percorrido por uma corrente de 10.10-3A. Qual o intervalo de tempo necessário para que uma quantidade de carga elétrica igual a 3C atravesse uma secção transversal do condutor? 5. Pela secção transversal de um condutor metálico passam 6.1020 elétrons durante 2s. Qual a corrente elétrica que atravessa o condutor? É dada a carga elétrica elementar: e = 1,6.10-19 C. 6. Um condutor metálico é percorrido por uma corrente elétrica contínua de 8A. Determine o número de elétrons que atravessam uma secção transversal do condutor em 5s. É dada a carga elétrica elementar: e = 1,6.10-19 C. 7. Um condutor é percorrido por uma corrente de intensidade 20A. Calcule o número de elétrons que passam por uma secção transversal do condutor em 1s (e = 1,6.10-19 C). 8. O gráfico abaixo ilustra a variação da corrente elétrica em um fio condutor, em função do tempo. Qual é a carga elétrica que passa por uma secção transversal desse condutor, em 5s? i (A) 30 0 5 t (s) 9. O gráfico abaixo representa a corrente elétrica em um fio condutor, em função do tempo. Qual é a carga elétrica que passa por uma secção transversal desse condutor, em 3s? i (A) 6 0 1 2 3 t (s) 10. No gráfico tem-se a intensidade da corrente elétrica através de um condutor em função do tempo. Determine a carga que passa por uma secção transversal do condutor em 8s. Questões 11. Por que alguns elétrons recebem a denominação de elétrons livres? 12. O que diferencia a corrente elétrica produzida por uma pilha da corrente elétrica produzida numa usina hidrelétrica? 13. Diga, com suas palavras, o que é uma corrente elétrica. 14. O que é necessário para ser estabelecida uma corrente elétrica num fio condutor? 15. Em que é usada a fita isolante? Por quê? 16. A corrente elétrica de um aquecedor elétrico é 7,5 A. Qual a quantidade de carga elétrica que passa pelo aquecedor em 30 segundos? 17. Um fio é atravessado por 2.1020 elétrons em 20s. Qual a intensidade da corrente elétrica nesse fio? 18. Uma lâmpada de lanterna é atravessada por uma carga de 90 C no intervalo de tempo de 1 minuto. Qual a intensidade da corrente, em ampère? EXERCÍCIOS COMPLEMENTARES 01.(UFOP MG) Em uma tarde de tempestade, numa região desprovida de para-raios, a antena de uma casa recebe uma carga que faz fluir uma corrente de 1,2 104 A, em um intervalo de tempo de 25 10–6 s. Qual a carga total transferida para a antena? a) 0,15 C b) 0,2 C c) 0,48 C d) 0,3 C FÍSICA ELETROMAGNETISMO 24 02. (FEPECS DF) Uma bateria completamente carregada pode liberar 2,16 × 105 C de carga. Uma lâmpada que necessita de 2,0A para ficar acessa normalmente, ao ser ligada a essa bateria, funcionará por: a) 32h b) 30h c) 28h d) 26h e) 24h 03.(UPE) Uma corrente de 0,3 A que atravessa o peito pode produzir fibrilação (contrações excessivamente rápidas das fibrilas musculares) no coração de um ser humano, perturbando o ritmo dos batimentos cardíacos com efeitos possivelmente fatais. Considerando que a corrente dure 2,0 min, o número de elétrons que atravessam o peito do ser humano vale Dado: carga do elétron = 1,610–19 C. a) 5,35 102 b) 1,62 10–19 c) 4,12 1018 d) 2,45 1018 e) 2,25 1020 04. (FEPECS DF) Considere a figura: O gráfico fornece a intensidade da corrente elétrica em um condutor metálico em função do tempo. Em 9s a carga elétrica que atravessa uma seção do condutor é: a) 26C b) 27C c) 28C d) 29C e) 30C 05. (UECE) Uma corrente elétrica de 3,0 A percorre um fio de cobre. Sabendo-se que a carga de um elétron é igual a 19106,1 x , o número de elétrons que atravessa, por minuto, a seção reta deste fio é, aproximadamente: a) 1,1x1021 b) 3,0x106 c) 2,0x1010 d) 1,8x1011 06.(UFAM) O diagrama a seguir representa a intensidade da corrente I em um condutor em função do tempo t. Qual a quantidade de carga, em coulombs que passa por uma seção do condutor nos 4 primeiros segundos. a) 36 b) 12 c) 18 d) 24 e) 9 07.(FMTM MG) Em um condutor, a corrente elétrica varia com o tempo de acordo com o gráfico. Observe: Admitindo que a carga de um elétron é 1,6 × 10–19 C, pode-se concluir que no intervalo de tempo dado, o FÍSICA ELETROMAGNETISMO 25 número de elétrons que fluiu através de uma secção normal desse condutor foi de: a) 1,6 × 1019. b) 2,0 × 1019. c) 1,6 × 1020. d) 2,0 × 1020. e) 3,2 × 1020. 08. (UNIFOR CE) Um circuito eletrônico foi submetido a um pulso de corrente indicado no gráfico. Durante esse pulso, a carga elétrica que fluiu no circuito, em coulombs, foi igual a a) 1,3 . 10-3 b) 2,6 . 10 -3 c) 3,0 . 10-3 d) 6,0 . 10-3 e) 1,2 . 10-2 9. (JC) Assinale com AC para corrente alternada e DC Para corrente contínua. 1. Tv ( ). 2. Celular ( ). 3. Microondas ( ). 4. GPS ( ). 5. Carrinho de conntrole remoto ( ). 6. Tablet ( ). A sequência correta é? a) AC, DC, AC, DC, AC, DC. b) AC, DC, AC, DC, DC, DC. c) AC, DC, AC, DC, DC, AC. d) DC, AC, DC, AC, AC, AC. e) DC, AC, DC, AC, DC, DC. Gabarito: 1D 2B 3E 4B 5A 6A 7D 8D 9B SE LIGA NO ENEM!!! 01. (UNIFESP SP-MODELO ENEM) Num livro de eletricidade você encontra três informações: a primeira afirma que isolantes são corpos que não permitem a passagem da corrente elétrica; a segunda afirma que o ar é isolante e a terceira afirma que, em média, um raio se constitui de uma descarga elétrica correspondente a uma corrente de 10000 ampères que atravessa o ar e desloca, da nuvem à Terra, cerca de 20 coulombs. Pode-se concluir que essas três informações são: a) coerentes, e que o intervalo de tempo médio de uma descarga elétrica é de 0,002 s. b) coerentes, e que o intervalo de tempo médio de uma descarga elétrica é de 2,0 s. c) conflitantes, e que o intervalo de tempo médio de uma descarga elétrica é de 0,002 s. d) conflitantes, e que o intervalo de tempo médio de uma descarga elétrica é de 2,0 s. e) conflitantes, e que não é possível avaliar o intervalo de tempo médio de uma descarga elétrica. 02. (EFOA MG-MODELO ENEM) Normalmente, as distâncias entre os fios (desencapados) da rede elétrica de alta tensão são inferiores às distâncias entre as pontas das asas de algumas aves quando em vôo. Argumentando que isso pode causar a morte de algumas aves, ecologistas da região do Pantanal Mato-grossense têm criticado a empresa de energia elétrica da região. Em relação a estaargumentação, pode-se afirmar que: a) os ecologistas não têm razão, pois sabe-se que é nula a resistência elétrica do corpo de uma ave. FÍSICA ELETROMAGNETISMO 26 b) os ecologistas têm razão, pois a morte de uma ave poderá se dar com sua colisão com um único fio e, por isto, a maior proximidade entre os fios aumenta a probabilidade desta colisão. c) os ecologistas não têm razão, uma vez que, ao encostar simultaneamente em dois fios, uma ave nunca morrerá eletrocutada. d) os ecologistas não têm razão, pois sabe-se que o corpo de uma ave é um isolante elétrico, não permitindo a passagem de corrente elétrica. e) os ecologistas têm razão, uma vez que, ao encostar simultaneamente em dois fios, uma ave provavelmente morrerá eletrocutada. 03. (UFG GO-MODELO ENEM) A energia elétrica que chega às residências, ao comércio e à indústria é transportada por linhas de transmissão na forma de corrente alternada. Sobre essa modalidade de transporte de energia elétrica, julgue as afirmações que se seguem: I. A transmissão por corrente alternada consolidou- se ao longo dos anos, mas não é a forma mais conveniente de transmissão devido às oscilações na voltagem e na corrente. II. A transmissão por corrente alternada é conveniente porque a voltagem pode ser facilmente modificada usando-se transformadores. III. Usando corrente alternada pode-se realizar a transmissão por longas distâncias em alta voltagem e baixa corrente, minimizando as perdas por efeito Joule. Está correto o que se afirma em: a) I, apenas. b) II, apenas. c) I e II, apenas. d) I e III, apenas. e) II e III, apenas. 04. (UEM PR-MODELO ENEM) Nas linhas de transmissão de energia elétrica, há grande perda de energia devido ao aquecimento dos fios causado pela passagem da corrente elétrica. Esse fenômeno é conhecido como efeito Joule. Para diminuir essa perda, a transmissão é feita com a elevação da tensão e com a diminuição da corrente. Isso é possível com a utilização de um a) transformador. b) galvanômetro. c) alternador. d) radiador. e) gerador. 05. (UFCG PB-MODELO ENEM) Como se pode ver na figura abaixo, uma lanterna comum é alimentada por duas pilhas secas de resistências internas não desprezíveis. A chave superior fecha o circuito e acende a lampadazinha. Nessa figura, ela está aberta. Adaptado de www.feiradeciencias.com.br Considerando-se as suposições abaixo sobre o circuito elétrico que explica o funcionamento da lanterna, assinale a alternativa CORRETA. a) A corrente que circula pelo filamento da lâmpada é a mesma que circula pela pilha que se encontra apoiada no fundo da lanterna. b) A energia elétrica acumula-se no filamento e torna possível sua conversão em energia luminosa. c) A corrente elétrica positiva chega à lâmpada pela sua base e a corrente negativa chega a ela saindo do pólo negativo do conjunto, produzindo seu brilho. d) A diferença de potencial aplicada à lâmpada é igual à soma das forças eletromotrizes de cada uma, uma vez que as pilhas estão em série. e) As moléculas de energia passam pelas barras condutoras e com a força que sai das pilhas acendem a lâmpada. GABARITO: 1C 2E 3E 4A 5A FÍSICA ELETROMAGNETISMO 27 Na passagem de uma corrente por um condutor observam-se alguns efeitos, que veremos a seguir. EFEITO TÉRMICO OU EFEITO JOULE Qualquer condutor sofre um aquecimento ao ser atravessado por uma corrente elétrica. Esse efeito é a base de funcionamento dos aquecedores elétricos, chuveiros elétricos, secadores de cabelo, lâmpadas térmicas etc. EFEITO LUMINOSO Em determinadas condições, a passagem da corrente elétrica através de um gás rarefeito faz com que ele emita luz. As lâmpadas fluorescentes e os anúncios luminosos. são aplicações desse efeito. Neles há a transformação direta de energia elétrica em energia luminosa. EFEITO MAGNÉTICO Um condutor percorrido por uma corrente elétrica cria, na região próxima a ele, um campo magnético. Este é um dos efeitos mais importantes, constituindo a base do funcionamento dos motores, transformadores, relés etc. EFEITO QUÍMICO Uma solução eletrolítica sofre decomposição, quando é atravessada por uma corrente elétrica. É a eletrólise. Esse efeito é utilizado, por exemplo, no revestimento de metais: cromagem, niquelação etc. QUESTÕES 1. Por meio de qual processo se obtém luz numa lâmpada de filamento? 2. Cite um exemplo onde o aquecimento de um fio condutor é inconveniente. Cite um exemplo onde o aquecimento é desejável. 3. Qual a propriedade da corrente elétrica que permitiu a construção dos primeiros instrumentos de medida? 4. Compare as lâmpadas incandescentes e as lâmpadas fluorescentes e estabeleça as vantagens e desvantagens de cada um dos tipos. CIRCUITOS ELÉTRICOS Os circuitos elétricos fazem parte da vida de todos nós, nos celulares, tv, ar condicionado, ou na ligação de uma simples lâmpada dentro de nossas casas. Abaixo temos o circuito de uma casa. EFEITOS DA CORRENTE ELÉTRICA Nota!!! Assunto que requer bastante atenção por você que quer se dar bem no Enem. Fique atento as leis de ohm e a diferença entre os circuitos série, paralelo e misto. FÍSICA ELETROMAGNETISMO 28 RESISTORES "Resistores são elementos de circuito que consomem energia elétrica, convertendo-a integralmente em energia térmica." Simbologia do resistor U = (ddp) diferença de potencial (V) R = resistência elétrica ( ) i = corrente elétrica (A) No SI, a unidade de resistência elétrica é o ohm ( ) CURVA CARACTERÍSTICA DE UM RESISTOR ÔHMICO R i U (constante) Resistor é um dispositivo elétrico muito utilizado em eletrônica, ora com a finalidade de transformar energia elétrica em energia térmica por meio do efeito joule, ora com a finalidade de limitar a corrente elétrica em um circuito EXERCÍCIOS BÁSICOS 1. Um chuveiro elétrico é submetido a uma ddp de 220V, sendo percorrido por uma corrente elétrica de 10A. Qual é a resistência elétrica do chuveiro? 2. Determine a ddp que deve ser aplicada a um resistor de resistência 6 para ser atravessado por uma corrente elétrica de 2A. 3. Uma lâmpada incandescente é submetida a uma ddp de 110V, sendo percorrida por uma corrente elétrica de 5,5A. Qual é, nessas condições, o valor da resistência elétrica do filamento da lâmpada? 4. Nos extremos de um resistor de 200 , aplica-se uma ddp de 100V. Qual a corrente elétrica que percorre o resistor? 1ª LEI DE OHM Nota!!! A lei de Ohm, pode ser utilizada para encontrar a resistênica de quarquer material, mesmo se o resistor não for Ôhmico. FÍSICA ELETROMAGNETISMO 29 5. Um resistor ôhmico, quando submetido a uma ddp de 20V, é percorrido por uma corrente elétrica de 4 A. Para que o resistor seja percorrido por uma corrente elétrica de 3A, que ddp deve ser aplicada a ele? 6. A curva característica de um resistor ôhmico é dada abaixo. Determine sua resistência elétrica. U (V) 25 10 0 2 5 i (A) 7. A curva característica de um resistor ôhmico é dada abaixo. Determine sua resistência elétrica R e o valor de i2. U (V) 100 40 0 4 i2 i (A) 8. A curva característica de um resistor é dada abaixo. Determine sua resistência elétrica R e o valor de U2 e i2. U (V) U28 3 0 i1 4 7 i (A) EXERCÍCIOS COMPLEMENTARES 1º LEI DE OHM 1-(G1) O que é um ohm? 2-(G1 - cftpr) O elemento de um chuveiro elétrico que fornece calor, esquentando a água, é o: a) resistor. b) capacitor. c) gerador. d) disjuntor. e) amperímetro. 3-(Pucmg) Uma tensão de 12 volts aplicada a uma resistência de 3,0 produzirá uma corrente de: a) 36 A b) 24 A c) 4,0 A d) 0,25 A 4-(Fei) No circuito a seguir, qual é a leitura do amperímetro? a) I = 0,2 A b) I = 10 A c) I = 5 A d) I = 2 A e) I = 500 A 5-(Pucmg) O gráfico representa a curva característica tensão-corrente para um determinado resistor. FÍSICA ELETROMAGNETISMO 30 Em relação ao resistor, é CORRETO afirmar: a) é ôhmico e sua resistência vale 4,5 x 102 . b) é ôhmico e sua resistência vale 1,8 x 102 . c) é ôhmico e sua resistência vale 2,5 x 102 . d) não é ôhmico e sua resistência vale 0,40. e) não é ôhmico e sua resistência vale 0,25 . 6-(Ufmg) sUma lâmpada fluorescente contém em seu interior um gás que se ioniza após a aplicação de alta tensão entre seus terminais. Após a ionização, uma corrente elétrica é estabelecida e os íons negativos deslocam-se com uma taxa de 1,0x10-18 íons/segundo para o pólo A. Os íons positivos se deslocam, com a mesma taxa, para o pólo B. Sabendo-se que a carga de cada íon positivo é de 1,6x10- 19 C, pode-se dizer que a corrente elétrica na lâmpada será a) 0,16 A . b) 0,32 A . c) 1,0 x 1018 A . d) nula . 7-(Uerj) Num detector de mentiras, uma tensão de 6V é aplicada entre os dedos de uma pessoa. Ao responder a uma pergunta, a resistência entre os seus dedos caiu de 400k para 300k. Nesse caso, a corrente no detector apresentou variação, em A, de: a) 5 b) 10 c) 15 d) 20 8-(Pucpr) Um estudante de Física mede com um amperímetro a intensidade da corrente elétrica que passa por um resistor e, usando um voltímetro, mede a tensão elétrica entre as extremidades do resistor, obtendo o gráfico a seguir. Pode-se dizer que a resistência do resistor vale: a) 0,1 b) 0,01 c) 1 d) 10 e) 100 Gabarito 1- É a unidade sistema internacional para resistência elétrica. 2-A 3-C 4-A 5-C 6-B 7-A 8-D SE LIGA NO ENEM!!! 01. (UFG GO-MODELO ENEM) Nos choques elétricos, as correntes que fluem através do corpo humano podem causar danos biológicos que, de acordo com a intensidade da corrente, são classificados segundo a tabela abaixo. Considerando que a resistência do corpo em situação normal é da ordem de 1500, em qual das faixas acima FÍSICA ELETROMAGNETISMO 31 se enquadra uma pessoa sujeita a uma tensão elétrica de 220 V? a) V b) IV c) III d) II e) I 02. (FMTM MG-MODELO ENEM) Uma nuvem de tempestade está a um potencial elétrico de 107 V em relação ao solo e descarrega-se emitindo um raio que dura 0,2s, com uma corrente de 103 A. Se toda energia do raio for convertida em energia térmica, a quantidade de calor liberada para a atmosfera e para o solo será, em joules, igual a: a) 1,6109. b) 2,0109. c) 3,2109. d) 4,0109. e) 5,0109. 03. (PUC SP-MODELO ENEM) Os passarinhos, mesmo pousando sobre fios condutores desencapados de alta tensão, não estão sujeitos a choques elétricos que possam causar-lhes algum dano. Qual das alternativas indica uma explicação correta para o fato? a) A diferença de potencial elétrico entre os dois pontos de apoio do pássaro no fio (pontos A e B) é quase nula. b) A diferença de potencial elétrico entre os dois pontos de apoio do pássaro no fio (pontos A e B) é muito elevada. c) A resistência elétrica do corpo do pássaro é praticamente nula. d) O corpo do passarinho é um bom condutor de corrente elétrica. e) A corrente elétrica que circula nos fios de alta tensão é muito baixa. 04. (PUC SP - MODELO ENEM) Na tira, Garfield, muito maldosamente, reproduz o famoso experimento de Benjamin Franklin, com a diferença de que o cientista, na época, teve o cuidado de isolar a si mesmo de seu aparelho e de manter-se protegido da chuva de modo que não fosse eletrocutado como tantos outros que tentaram reproduzir o seu experimento. Franklin descobriu que os raios são descargas elétricas produzidas geralmente entre uma nuvem e o solo ou entre partes de uma mesma nuvem que estão eletrizadas com cargas opostas. Hoje sabe-se que uma descarga elétrica na atmosfera pode gerar correntes elétricas da ordem de 105 ampères e que as tempestades que ocorrem no nosso planeta originam, em média, 100 raios por segundo. Isso significa que a ordem de grandeza do número de elétrons que são transferidos, por segundo, por meio das descargas elétricas, é, aproximadamente, Use para a carga de 1 elétron: 1,6 ·10–19C a) 1022 b) 1024 c) 1026 d) 1028 e) 1030 GABARITO: 1B 2B 3A 4C FÍSICA ELETROMAGNETISMO 32 2º LEI DE OHM 1. (Uel) Deseja-se construir uma resistência elétrica de 1,0 com um fio de constantan de 1,0mm de diâmetro. A resistividade do material é 4,8.10−7.m e pode ser adotado 3,1. O comprimento do fio utilizado deve ser, em metros, a) 0,40 b) 0,80 c) 1,6 d) 2,4 e) 3,2 2-(Fei) O filamento de tungstênio de uma lâmpada tem resistência de 20 a 20°C. Sabendo-se que sua secção transversal mede 1,1.10-4 mm2 e que a resistividade do tungstênio a 20°C é 5,5.10-2 mm2.m-1, determine o comprimento do filamento. a) 4 m b) 4 mm c) 0,4 m d) 40 mm e) 5.10-2 m 3-(Uel) Deseja-se construir uma resistência elétrica de 1,0 com um fio de constantan de 1,0mm de diâmetro. A resistividade do material é 4,8.10-7.m e pode ser adotado 3,1. O comprimento do fio utilizado deve ser, em metros, a) 0,40 b) 0,80 c) 1,6 d) 2,4 e) 3,2 4-(Mackenzie) A figura acima representa um pedaço de fio de cobre, de resistividade 1,7.10-2.mm2/m, percorrido por uma corrente elétrica de sentido convencional de B para A. A diferença de passagem de 1,0.1022 elétrons (e=-1,6.10- 19C) a cada segundo, por uma secção transversal do fio, é: a) 12,0 V b) 4,0 V c) -1,6 V d) -4,0 V e) 8,0 V 5-(Unifesp) A linha de transmissão que leva energia elétrica da caixa de relógio até uma residência consiste de dois fios de cobre com 10,0 m de comprimento e secção reta com área 4,0 mm2 cada um. Considerando que a resistividade elétrica do cobre é = 1,6.10-8 m, Calcule a resistência elétrica r de cada fio desse trecho do circuito. 6-(Unitau) Um condutor de secção transversal constante e comprimento L tem resistência elétrica R. Cortando-se o fio pela metade, sua resistência elétrica será igual a: a) 2R. b) R/2. c) R/4. d) 4R. e) R/3. 2ª LEI DE OHM FÍSICA ELETROMAGNETISMO 33 7-(Unicamp) Uma cidade consome 1,0.108 W de potência e é alimentada por uma linha de transmissão de 1000km de extensão, cuja voltagem, na entrada da cidade, é 100000 volts. Esta linha é constituída de cabos de alumínio cuja área da seção reta total vale A = 5,26.10- 3 m2. A resistividade do alumínio é =2,63.10-8 m. a) Qual a resistência dessa linha de transmissão? b) Qual a corrente total que passa pela linha de transmissão? Gabarito 1- C 2-D 3-C 4-E 5-R= 0,04 6-B 7- a) 5,0 b) 1,0 . 103A SE LIGA NO ENEM!!! 01.(MACK SP-MODELO ENEM) Um fio metálico tem resistência elétrica igual a 10 Ω. A resistência elétrica de outro fio de mesmo material, com o dobro do comprimento e dobro do raio da secção transversal, é: a) 20 Ω b) 15 Ω c) 10 Ω d) 5 Ω e) 2 Ω 02. (UFRRJ-MODELO ENEM) Um fio metálico tem resistência