Eletrodinâmica: corrente, tensão e resistência

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Instruções para os alunos

• A prova contém 10 questões e vale, no total, 10,0 pontos. A pontuação de cada questão está indicada ao lado do enunciado.
• Nas questões de cálculo, registre a fórmula, a substituição dos valores e o resultado com a unidade correta no Sistema Internacional (SI).
• É permitido o uso de calculadora simples. Não é permitido consultar material.
• Adote, quando necessário, 1 kWh = 1000 watts utilizados durante 1 hora.
• Faça a prova a caneta azul ou preta. Questões a lápis não poderão ser revisadas.

Questões da prova

Questão 1 (0,8 ponto). A corrente elétrica em um condutor metálico é definida como:

a) o acúmulo de cargas elétricas em um ponto do fio. b) o movimento ordenado de cargas elétricas (elétrons livres) através do condutor. c) a diferença de potencial entre dois pontos do circuito. d) a oposição que o material oferece à passagem de cargas. e) a energia armazenada nas pilhas do circuito.

Questão 2 (0,8 ponto). Em um circuito, a tensão (diferença de potencial) fornecida por uma fonte pode ser entendida como:

a) a quantidade de elétrons presentes na pilha. b) a resistência total do circuito. c) a "energia por unidade de carga" que impulsiona as cargas pelo circuito, medida em volts. d) a corrente que circula pelos fios, medida em ampères. e) a potência dissipada nos resistores, medida em watts.

Questão 3 (1,0 ponto). Um chuveiro elétrico está ligado a uma tensão de 220 V e, no modo inverno, sua resistência elétrica vale 11 Ω. Calcule a intensidade da corrente que percorre o chuveiro nesse modo. Use a Lei de Ohm, U = R·i.

Questão 4 (1,0 ponto). Um resistor é submetido a uma tensão de 12 V e percorrido por uma corrente de 0,5 A. Determine o valor da sua resistência elétrica em ohms.

Questão 5 (0,8 ponto). Sobre a Primeira Lei de Ohm, é correto afirmar que, em um resistor ôhmico:

a) a corrente é inversamente proporcional à tensão aplicada. b) a resistência aumenta quando a corrente aumenta. c) a razão entre a tensão e a corrente permanece constante, sendo igual à resistência. d) a tensão não depende da corrente que atravessa o resistor. e) a resistência é sempre nula, independentemente do material.

Questão 6 (1,0 ponto). Uma lâmpada incandescente tem as especificações "100 W – 127 V" impressas em sua base. Calcule a corrente elétrica que ela consome quando ligada corretamente a uma rede de 127 V. Use P = U·i.

Questão 7 (1,2 ponto). Um ferro de passar roupa tem potência de 1200 W. Calcule a energia elétrica consumida, em kWh, caso ele permaneça ligado durante 2 horas. Em seguida, determine o custo desse consumo, sabendo que a concessionária cobra R$ 0,75 por kWh.

Questão 8 (1,2 ponto). Dois resistores, R1 = 20 Ω e R2 = 30 Ω, são ligados em série a uma bateria de 100 V. Determine: (a) a resistência equivalente do circuito; (b) a corrente total que circula pelos resistores.

Questão 9 (1,0 ponto). Uma família deseja reduzir a conta de energia elétrica. Em uma residência, o chuveiro elétrico (potência elevada e uso diário) costuma ser o maior responsável pelo consumo. Explique, com base nos conceitos de potência e energia, por que reduzir o tempo de banho diminui a conta, e por que trocar a posição de "inverno" para "verão" também contribui.

Questão 10 (1,2 ponto). Em um experimento, um estudante aplica diferentes tensões a um resistor e mede a corrente correspondente, obtendo os dados abaixo:

Com base na tabela: (a) determine a resistência do componente; (b) justifique, a partir dos dados, se ele pode ser considerado um resistor ôhmico.

Gabarito e critérios de correção

Questão 1 — Alternativa B (0,8). Corrente elétrica é o movimento ordenado de cargas (nos metais, os elétrons livres) através do condutor, sob ação de uma diferença de potencial.

Questão 2 — Alternativa C (0,8). A tensão (ddp) corresponde à energia por unidade de carga que a fonte fornece para movimentar as cargas pelo circuito; sua unidade no SI é o volt (V).

Questão 3 — Resolução (1,0). Pela Lei de Ohm, U = R·i, logo i = U / R. i = 220 / 11 = 20 A. A corrente no chuveiro é de 20 A. Critério: 0,4 pela fórmula/isolamento de i; 0,6 pelo resultado correto com unidade.

Questão 4 — Resolução (1,0). De U = R·i, isola-se R = U / i. R = 12 / 0,5 = 24 Ω. A resistência vale 24 ohms. Critério: 0,4 pela fórmula; 0,6 pelo resultado correto com unidade.

Questão 5 — Alternativa C (0,8). No resistor ôhmico, a razão U/i é constante e igual à resistência R; ou seja, tensão e corrente são diretamente proporcionais.

Questão 6 — Resolução (1,0). De P = U·i, isola-se i = P / U. i = 100 / 127 ≈ 0,79 A. A lâmpada consome aproximadamente 0,79 A. Critério: 0,4 pela fórmula; 0,6 pelo resultado correto (aceitar arredondamentos entre 0,78 A e 0,79 A) com unidade.

Questão 7 — Resolução (1,2). Primeiro, a energia. Convertendo a potência: 1200 W = 1,2 kW. E = P·t = 1,2 kW × 2 h = 2,4 kWh. Agora o custo: 2,4 kWh × R$ 0,75 = R$ 1,80. O consumo é de 2,4 kWh, a um custo de R$ 1,80. Critério: 0,6 pela energia correta (2,4 kWh); 0,6 pelo custo correto (R$ 1,80). Penalizar metade se esquecer de converter W para kW.

Questão 8 — Resolução (1,2). (a) Em série, a resistência equivalente é a soma: Req = R1 + R2 = 20 + 30 = 50 Ω. (b) A corrente total: i = U / Req = 100 / 50 = 2 A. Critério: 0,6 pela resistência equivalente; 0,6 pela corrente total. A corrente é a mesma em todos os pontos de um circuito série.

Questão 9 — Resolução (1,0). A energia consumida é dada por E = P·t. Como o chuveiro tem potência elevada, cada minuto de banho representa muita energia; reduzir o tempo (t) diminui diretamente a energia consumida e, portanto, a conta. Trocar de "inverno" para "verão" aumenta a resistência do aparelho; com a mesma tensão, uma resistência maior implica menor corrente (i = U/R) e, consequentemente, menor potência dissipada (P = U·i). Menor potência significa menos energia consumida no mesmo tempo de banho. Critério: 0,5 por relacionar tempo e energia (E = P·t); 0,5 por relacionar a posição verão a maior resistência, menor corrente e menor potência. Aceitar explicações equivalentes corretas.

Questão 10 — Resolução (1,2). (a) A resistência é R = U / i. Para qualquer linha da tabela: R = 4/0,2 = 20 Ω; R = 8/0,4 = 20 Ω; R = 12/0,6 = 20 Ω. A resistência é 20 Ω. (b) Como a razão U/i se mantém constante (20 Ω) para todos os pares de valores, a corrente é diretamente proporcional à tensão. Logo, o componente obedece à Primeira Lei de Ohm e pode ser considerado um resistor ôhmico. Critério: 0,6 pelo cálculo correto da resistência (20 Ω); 0,6 pela justificativa de que a razão constante caracteriza um resistor ôhmico.