LISTA DE EXERCÍCIOS
1. Uma pessoa verifica que o chuveiro elétrico de sua residência não está aquecendo suficientemente a água. Sabendo-se que a tensão UAB aplicada ao chuveiro é constante e lembrando-se a relação P=U*i , responda:
a) Para aumentar a potência do chuveiro, a corrente que passa através dele deve ser aumentada ou diminuída?
b) Então, para que haja maior aquecimento da água, a pessoa deverá aumentar ou diminuir a resistência do chuveiro?
c) Assim, quando a chave de um chuveiro é deslocada da indicação inverno para verão, estamos aumentando ou diminuindo sua resistência?
2. O proprietário da cantina verificou que os alimentos colocados no interior de uma estufa elétrica não eram suficientemente aquecidos. Para aumentar a temperatura desta estufa, ele poderá fazer varias modificações na resistência que a aquece. Entre as opções seguintes, assinale aquela que não o levará a obter o resultado desejado:
a) Cortar um pedaço da resistência;
b) Ligar outra resistência em paralelo com a primeira;
c) Ligar outra resistência em série com a primeira;
d) Substituir a resistência por outra de mesmo comprimento e mesma secção, feita com um material de menor resistividade;
e) Substituir a resistência por outra de mesmo material e mesmo comprimento e de maior área de secção reta;
3. A potência dissipada em uma resistência R, percorrida por uma corrente i, é dada por P=R*i2 (Efeito Joule). Suponha que o valor de R seja variável e que a ddp UAB aplicada a ela seja mantida constante. Se o valor e R for aumentado, podemos concluir corretamente que:
a) A potência aumentará, porque P é diretamente proporcional a R;
b) A corrente i diminuirá, porque UAB permanece constante;
c) O valor de P permanecerá constante, porque o aumento de R é compensado pela diminuição de i;
d) O valor da potência diminuirá, porque a influência da diminuição de i sobre P é maior do que a influência do aumento de R;
e) O valor de P aumentará, porque i permanece constante.
4. No caso de um chuveiro ligado à rede de distribuição de energia elétrica:
a) diminuindo-se o comprimento do resistor, reduz-se a potência consumida.
b) aumentando-se o comprimento do resistor e conservando-se constante a vazão de água, a sua temperatura aumenta.
c) para conservar a temperatura da água, quando se aumenta a vazão, deve-se diminuir o comprimento do resistor do chuveiro.
d) a potência consumida independe da resistência elétrica do chuveiro.
e) nenhuma das anteriores
5. Uma pessoa demora cerca de 10 minutos para tomar o seu banho diário. Se o chuveiro da pessoa tem potencia de 4400 W, qual é o consumo de energia elétrica mensal dessa pessoa? Considere o mês de 30 dias e R$ 0,2978 o kWh.
6. 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. A tabela fornece a potência e o tempo efetivo de uso diário de cada aparelho doméstico.
Aparelho Potencia (KW) Tempo de uso Diário (horas)
Ar-condicionado 1,5 8
Chuveiro elétrico 3,3 1/3
Freezer 0,2 10
Geladeira 0,35 10
Lâmpadas 0,10 6
Supondo que o mês tenha 30 dias e que o custo de 1 kWh é de R$ 0,37, o consumo de energia elétrica mensal dessa casa é de aproximadamente?
7. Um chuveiro elétrico, cuja resistência elétrica é de 20 Ω, foi fabricado para ser usado em tensão de 127 V. Para obter um chuveiro com a mesma potência, numa rede de 220 v, devemos usar uma resistência de:
8. A conta de luz de uma residência apresenta os seguintes dados:
Leitura Leitura Consumo Importância
anterior atual (kWh) a pagar
8283 8335 52 260,00
Considerando estes dados, quanto custaria a iluminação de uma casa, na qual 10 lâmpadas de 60 W, 120 V permanecem acesas 4 h por dia, durante 30 dias?
9. Suponha que você tenha duas pilhas, um amperímetro, um voltímetro e uma resistência desconhecida R.
a) Faça um desenho mostrando como você ligaria estes elementos de modo a obter dados que lhe permitam determinar o valor de R;
b) Ligando-se corretamente os elementos, se a leitura do voltímetro fosse 2,9 V e a do amperímetro 0,15 A, qual seria o valor de R?
10. No circuito elétrico ao lado, a fonte é uma bateria de tensão U = 12 V, V representa um voltímetro e A um amperímetro. Considerando-se desprezíveis as resistências dos fios de ligação, é correto afirmar que:
a) a intensidade de corrente no amperímetro será de 12 mA, quando o amperímetro e o voltímetro forem ideais.
b) a leitura no voltímetro será de 6 V, qualquer que seja sua resistência interna.
c) a leitura no voltímetro será de 4,8V quando sua resistência interna for de 1000 e a resistência interna do amperímetro nula.
d) a leitura no amperímetro será de 10 mA quando sua resistência interna for de 200 e a resistência interna do voltímetro infinita.
e) quanto maior e menor forem, respectivamente, as resistências internas do voltímetro e do amperímetro, em comparação às resistências existentes no circuito, mais eles se aproximam de aparelhos ideais.
domingo, 31 de maio de 2009
domingo, 17 de maio de 2009
MEDIDORES ELÉTRICOS
Medidores de Tensão, Corrente e Resistência
Os aparelhos que medem tensão, corrente e resistência são, respectivamente, o amperímetro, o voltímetro e o ohmímetro. É possível encontrar esses aparelhos contido em um só, chamado multímetro
Medir corrente. I:
Um amperímetro mede a corrente IA que o atravessa. Para fazê-lo medir a corrente IR que atravessa o resistor é necessário conectá-lo em série com o resistor, de forma que IA = IR. A introdução do amperímetro em série com o resistor aumenta a resistência total, alterando a tensão e a corrente no resistor. Se RA<< R esse efeito será desprezível, portanto é desejável que um amperímetro tenha resistência tão pequena quanto possível.
Medir tensão U:
Um voltímetro mede a tensão ou diferença de potencial UV entre seus terminais. Para fazê-lo medir a diferença de potencial UR entre os terminais do resistor é necessário conectá-lo em paralelo com o resistor, de forma que UV=UR. A introdução do voltímetro em paralelo com o resistor diminui a resistência total, alterando a tensão e a corrente no resistor. Se RV>>R esse efeito será desprezível, portanto é desejável que um voltímetro tenha resistência tão grande quanto possível.
Medir resistência R:
Um ohmímetro mede a resistência de um resistor aplicando uma diferença de potencial sobre o resistor e medindo a corrente que o percorre. O resistor precisa ser desconectado do circuito ao qual está ligado para ter sua resistência medida por um ohmímetro. A resistência também pode ser determinada através das medidas da tensão e da corrente no resistor, calculando-se a razão entre as duas medidas.
ATIVIDADE EXPERIMENTAL
Medindo a resistência de fios:
Fios AWG, fios de cobre, arame, níquel-cromo, resistores de chuveiro, etc.
Primeira experiência
Para esta experiência vamos precisar de uma extensão 127/220V, três lâmpadas de 7 W/127V, uma lâmpada de 7 W/220V 1 voltímetro, 1 amperímetro e fios de ligação.
1º.) Monte o circuito com uma lâmpada, o voltímetro e o amperímetro e, meça a tensão e a corrente do circuito.
2º.) Monte o circuito anterior acrescentando uma lâmpada em série e repita as medições.
3º.) Monte o circuito com três lâmpadas em série e repita as medições
4º.) Monte o circuito anterior trocando uma das lâmpadas pela lâmpada de 7 W/220V
Segunda experiência
Para esta experiência vamos precisar de uma extensão 127/220V, três lâmpadas de 7 W/127V, uma lâmpadas de 7 W/220V, 1 voltímetro, 1 amperímetro e fios de ligação.
1º.) Monte o circuito com uma lâmpada, o voltímetro e o amperímetro e, meça a tensão e a corrente do circuito.
2º.) Monte o circuito anterior acrescentando uma lâmpada em paralelo e repita as medições.
3º.) Monte o circuito com três lâmpadas em paralelo e repita as medições
Terceira experiência
Para esta experiência vamos precisar de uma extensão 127/220V, três lâmpadas de 7 W/127V, uma lâmpadas de 7 W/220V, 1 voltímetro, 1 amperímetro e fios de ligação.
1º.) Monte o circuito com três lâmpada de forma mista, o voltímetro e o amperímetro e, meça a tensão e a corrente do circuito.
2º.) Monte o circuito anterior trocando a lâmpada em série pela de 220V e repita as medições.
Os aparelhos que medem tensão, corrente e resistência são, respectivamente, o amperímetro, o voltímetro e o ohmímetro. É possível encontrar esses aparelhos contido em um só, chamado multímetro
Medir corrente. I:
Um amperímetro mede a corrente IA que o atravessa. Para fazê-lo medir a corrente IR que atravessa o resistor é necessário conectá-lo em série com o resistor, de forma que IA = IR. A introdução do amperímetro em série com o resistor aumenta a resistência total, alterando a tensão e a corrente no resistor. Se RA<< R esse efeito será desprezível, portanto é desejável que um amperímetro tenha resistência tão pequena quanto possível.
Medir tensão U:
Um voltímetro mede a tensão ou diferença de potencial UV entre seus terminais. Para fazê-lo medir a diferença de potencial UR entre os terminais do resistor é necessário conectá-lo em paralelo com o resistor, de forma que UV=UR. A introdução do voltímetro em paralelo com o resistor diminui a resistência total, alterando a tensão e a corrente no resistor. Se RV>>R esse efeito será desprezível, portanto é desejável que um voltímetro tenha resistência tão grande quanto possível.
Medir resistência R:
Um ohmímetro mede a resistência de um resistor aplicando uma diferença de potencial sobre o resistor e medindo a corrente que o percorre. O resistor precisa ser desconectado do circuito ao qual está ligado para ter sua resistência medida por um ohmímetro. A resistência também pode ser determinada através das medidas da tensão e da corrente no resistor, calculando-se a razão entre as duas medidas.
ATIVIDADE EXPERIMENTAL
Medindo a resistência de fios:
Fios AWG, fios de cobre, arame, níquel-cromo, resistores de chuveiro, etc.
Primeira experiência
Para esta experiência vamos precisar de uma extensão 127/220V, três lâmpadas de 7 W/127V, uma lâmpada de 7 W/220V 1 voltímetro, 1 amperímetro e fios de ligação.
1º.) Monte o circuito com uma lâmpada, o voltímetro e o amperímetro e, meça a tensão e a corrente do circuito.
2º.) Monte o circuito anterior acrescentando uma lâmpada em série e repita as medições.
3º.) Monte o circuito com três lâmpadas em série e repita as medições
4º.) Monte o circuito anterior trocando uma das lâmpadas pela lâmpada de 7 W/220V
Segunda experiência
Para esta experiência vamos precisar de uma extensão 127/220V, três lâmpadas de 7 W/127V, uma lâmpadas de 7 W/220V, 1 voltímetro, 1 amperímetro e fios de ligação.
1º.) Monte o circuito com uma lâmpada, o voltímetro e o amperímetro e, meça a tensão e a corrente do circuito.
2º.) Monte o circuito anterior acrescentando uma lâmpada em paralelo e repita as medições.
3º.) Monte o circuito com três lâmpadas em paralelo e repita as medições
Terceira experiência
Para esta experiência vamos precisar de uma extensão 127/220V, três lâmpadas de 7 W/127V, uma lâmpadas de 7 W/220V, 1 voltímetro, 1 amperímetro e fios de ligação.
1º.) Monte o circuito com três lâmpada de forma mista, o voltímetro e o amperímetro e, meça a tensão e a corrente do circuito.
2º.) Monte o circuito anterior trocando a lâmpada em série pela de 220V e repita as medições.
segunda-feira, 11 de maio de 2009
TERMOCLÁSSICA 2° BIMESTRE
CALOR ESPECÍFICO
O calor específico é definido como a quantidade de calor necessária para variar em 1 °C a temperatura de 1 grama de massa. A água é usada como um padrão para a realização das medidas. Surge daí a caloria (1 cal), que é a quantidade de energia necessária para variar 1 °C a temperatura de 1 grama de água líquida.
EXEMPLO
Nas câmaras de combustão dos motores de automóveis o combustível atinge altas temperaturas (cerca de 95°C). Se esses motores não forem refrigerados continuadamente, suas peças fundem. Essa refrigeração pode ser feita pela circulação de água ou de ar, duas substâncias abundantes na natureza mas que se aquecem de maneira bastante diferente.
Enquanto 1 grama de água precisa receber 1 caloria de energia calorífica para elevar sua temperatura de 1°C, 1 grama de ar tem a mesma alteração de temperatura com apenas 0,24 calorias. A tabela 12.1, do livro, mostra o calor específico da água, do vidro e de alguns materiais utilizados em construções e na indústria.
QUESTÃO: Por que os materiais tem valores de calor específico diferentes?
A resposta a essa pergunta conduz novamente à discussão acerca da constituição dos materiais. Substâncias diferentes são constituídas de moléculas com massas diferentes. Retomando o modelo cinético-molecular, temos que ao atingir uma determinada temperatura, todas as moléculas que constituem um material tem, em média, a mesma energia cinética, a mesma energia de movimento. Um grama de um material formado por moléculas de massa pequena conterá um número maior de moléculas do que 1 grama de outro material formado por moléculas de massa maior. Assim para elevar 1 °C a temperatura de 1 grama é necessário fornecer uma maior quantidade de calor para aquele material que contenha um número maior de moléculas, já que aumentar a temperatura implica aumentar a energia cinética de cada uma delas.
Como o calor especifico depende da constituição, é possível compreender que ele terá valores diferentes para cada estado da matéria. Assim, o calor especifico da água varia quando ela se encontra em estado líquido, sólido ou gasoso, visto que em cada um desses estados as moléculas interagem de diferentes formas.
CAPACIDADE TÉRMICA.
O calor específico de uma substância nos informa quantas calorias de energia necessitamos para elevar de 1°C a temperatura de 1 grama dessa substância. Portanto, para quantificar a energia térmica consumida ao se aquecer ou resfriar um objeto, além do seu calor específico temos que levar em conta a sua massa.
O produto do calor específico de uma substância pela sua massa (m*c) é conhecido como a sua capacidade térmica (C).
C=m*c
EXEMPLO
Consumimos maior quantidade de calor para levar à fervura a água destinada ao preparo do macarrão para 10 convidados do que para 2 pessoas. Se para a mesma chama do fogão gastamos mais tempo para ferver uma massa de água maior, significa que precisamos fornecer maior quantidade de calor para ferver essa quantidade de água. Também para resfriar muitos refrigerantes precisamos de mais gelo do que para poucas garrafas. Se pensarmos em como as substâncias são formadas, quando se aumenta sua massa, aumenta-se a quantidade de moléculas e temos que fornecer mais calor para fazer todas as moléculas vibrarem mais, ou seja, aumentar sua energia cinética, o que se traduz num aumento de temperatura.
Matematicamente, podemos expressar a relação entre o calor específico de um objeto de massa m e a quantidade de calor necessária para elevar sua temperatura de ∆T °C , como:
Q=m*c*∆T
Quando misturamos objetos a diferentes temperaturas eles trocam calor entre sí até que suas temperaturas se igualem, isto é, eles atingem o equilíbrio térmico.
Se não houver perdas para o exterior (ou se ela for desprezível) consideramos o sistema isolado. Neste caso, a quantidade de calor cedida por um dos objetos é igual a recebida pelo outro. Matematicamente podemos expressar a relação entre a quantidade de calor como:
Os motores de combustão dos carros necessitam de um sistema de refrigeração. Para que a refrigeração a ar ou a água tenham a mesma eficácia, as duas substâncias tem que retirar a mesma quantidade de calor do motor.
EXERCÍCIOS:
1- Compare as quantidades de ar e de água necessárias para provocar a mesma refrigeração num motor refrigerado a ar ou a água.
2- Uma dona de casa, quer calcular a temperatura máxima de um forno que não possui medidor de temperatura. Como ela só dispõe de um termômetro clínico que mede até 41°C, usa um "truque".
" - Coloca uma forma de alumínio de 400 gramas no forno ligado no máximo, por bastante tempo.
- Mergulha a forma quente em um balde com 4 litros de água à 25°C.
- Mede a temperatura da água e da forma, depois do equilíbrio térmico, encontrando um valor de 30°C."
Calcule a temperatura do forno avaliada pela dona de casa.
Utilize a tabela de calor específico (pg. 113 do livro). Questione a eficiência desse truque.
3- Se você colocar no fogão duas panelas de mesma massa, uma de cobre e outra de alumínio, após alguns minutos, qual delas estará com maior temperatura? Justifique sua resposta.
O calor específico é definido como a quantidade de calor necessária para variar em 1 °C a temperatura de 1 grama de massa. A água é usada como um padrão para a realização das medidas. Surge daí a caloria (1 cal), que é a quantidade de energia necessária para variar 1 °C a temperatura de 1 grama de água líquida.
EXEMPLO
Nas câmaras de combustão dos motores de automóveis o combustível atinge altas temperaturas (cerca de 95°C). Se esses motores não forem refrigerados continuadamente, suas peças fundem. Essa refrigeração pode ser feita pela circulação de água ou de ar, duas substâncias abundantes na natureza mas que se aquecem de maneira bastante diferente.
Enquanto 1 grama de água precisa receber 1 caloria de energia calorífica para elevar sua temperatura de 1°C, 1 grama de ar tem a mesma alteração de temperatura com apenas 0,24 calorias. A tabela 12.1, do livro, mostra o calor específico da água, do vidro e de alguns materiais utilizados em construções e na indústria.
QUESTÃO: Por que os materiais tem valores de calor específico diferentes?
A resposta a essa pergunta conduz novamente à discussão acerca da constituição dos materiais. Substâncias diferentes são constituídas de moléculas com massas diferentes. Retomando o modelo cinético-molecular, temos que ao atingir uma determinada temperatura, todas as moléculas que constituem um material tem, em média, a mesma energia cinética, a mesma energia de movimento. Um grama de um material formado por moléculas de massa pequena conterá um número maior de moléculas do que 1 grama de outro material formado por moléculas de massa maior. Assim para elevar 1 °C a temperatura de 1 grama é necessário fornecer uma maior quantidade de calor para aquele material que contenha um número maior de moléculas, já que aumentar a temperatura implica aumentar a energia cinética de cada uma delas.
Como o calor especifico depende da constituição, é possível compreender que ele terá valores diferentes para cada estado da matéria. Assim, o calor especifico da água varia quando ela se encontra em estado líquido, sólido ou gasoso, visto que em cada um desses estados as moléculas interagem de diferentes formas.
CAPACIDADE TÉRMICA.
O calor específico de uma substância nos informa quantas calorias de energia necessitamos para elevar de 1°C a temperatura de 1 grama dessa substância. Portanto, para quantificar a energia térmica consumida ao se aquecer ou resfriar um objeto, além do seu calor específico temos que levar em conta a sua massa.
O produto do calor específico de uma substância pela sua massa (m*c) é conhecido como a sua capacidade térmica (C).
C=m*c
EXEMPLO
Consumimos maior quantidade de calor para levar à fervura a água destinada ao preparo do macarrão para 10 convidados do que para 2 pessoas. Se para a mesma chama do fogão gastamos mais tempo para ferver uma massa de água maior, significa que precisamos fornecer maior quantidade de calor para ferver essa quantidade de água. Também para resfriar muitos refrigerantes precisamos de mais gelo do que para poucas garrafas. Se pensarmos em como as substâncias são formadas, quando se aumenta sua massa, aumenta-se a quantidade de moléculas e temos que fornecer mais calor para fazer todas as moléculas vibrarem mais, ou seja, aumentar sua energia cinética, o que se traduz num aumento de temperatura.
Matematicamente, podemos expressar a relação entre o calor específico de um objeto de massa m e a quantidade de calor necessária para elevar sua temperatura de ∆T °C , como:
Q=m*c*∆T
Quando misturamos objetos a diferentes temperaturas eles trocam calor entre sí até que suas temperaturas se igualem, isto é, eles atingem o equilíbrio térmico.
Se não houver perdas para o exterior (ou se ela for desprezível) consideramos o sistema isolado. Neste caso, a quantidade de calor cedida por um dos objetos é igual a recebida pelo outro. Matematicamente podemos expressar a relação entre a quantidade de calor como:
Os motores de combustão dos carros necessitam de um sistema de refrigeração. Para que a refrigeração a ar ou a água tenham a mesma eficácia, as duas substâncias tem que retirar a mesma quantidade de calor do motor.
EXERCÍCIOS:
1- Compare as quantidades de ar e de água necessárias para provocar a mesma refrigeração num motor refrigerado a ar ou a água.
2- Uma dona de casa, quer calcular a temperatura máxima de um forno que não possui medidor de temperatura. Como ela só dispõe de um termômetro clínico que mede até 41°C, usa um "truque".
" - Coloca uma forma de alumínio de 400 gramas no forno ligado no máximo, por bastante tempo.
- Mergulha a forma quente em um balde com 4 litros de água à 25°C.
- Mede a temperatura da água e da forma, depois do equilíbrio térmico, encontrando um valor de 30°C."
Calcule a temperatura do forno avaliada pela dona de casa.
Utilize a tabela de calor específico (pg. 113 do livro). Questione a eficiência desse truque.
3- Se você colocar no fogão duas panelas de mesma massa, uma de cobre e outra de alumínio, após alguns minutos, qual delas estará com maior temperatura? Justifique sua resposta.
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