Lista 2 — Circuitos Elétricos
Tensão, corrente, resistência, Lei de Ohm e potência

Explique por que uma lâmpada só acende quando o circuito está fechado. Descreva o que acontece com a corrente no instante em que um interruptor é aberto e justifique por que basta interromper o caminho em um único ponto para que a lâmpada apague.

Um estudante afirma que a corrente que sai do polo positivo de uma pilha é maior do que a que retorna pelo polo negativo, porque "parte dela foi gasta na lâmpada". Explique por que essa afirmação está errada e diga o que, de fato, o circuito consome. Descreva uma medida com amperímetros que permitiria testar essa afirmação na bancada.

Num fio de cobre percorrido por corrente, cada elétron avança apenas alguns centímetros por hora. Ainda assim, a lâmpada acende praticamente no instante em que o interruptor é ligado. Explique essa aparente contradição, indicando o que de fato se propaga rapidamente pelo fio e por que o estado do fio antes de ligar o interruptor é decisivo para a resposta.

Compare o que carrega a corrente elétrica em três meios: um fio metálico, uma solução de água com sal e o ar durante um raio. Em quais deles cargas positivas e negativas se movem ao mesmo tempo? Explique também por que o sentido convencional da corrente continua sendo útil mesmo quando quem se move é negativo.

Dois componentes são testados em laboratório e obtêm-se seus gráficos V × i. O do componente A é uma reta que passa pela origem; o do componente B é uma curva. Qual dos dois obedece à Lei de Ohm? Explique o que a inclinação do gráfico representa e por que o filamento de uma lâmpada incandescente costuma ser não-ôhmico.

Explique, em termos microscópicos, por que um condutor se aquece ao ser percorrido por corrente elétrica. Em seguida, justifique por que a resistência de um chuveiro elétrico é projetada para ser baixa, porém não desprezível, enquanto a resistência dos fios que o alimentam deve ser a menor possível. O que aconteceria se os fios da instalação tivessem resistência comparável à do chuveiro?

Por uma secção de um condutor passam 240 C de carga em 2 minutos. Calcule a intensidade da corrente elétrica.

Uma corrente de 0,8 A percorre um fio durante 5 minutos. Determine:

1. a carga total que atravessou uma secção do fio;
2. quantos elétrons correspondem a essa carga.

Dado: carga elementar e = 1,6 × 10⁻¹⁹ C.

Uma bateria entrega 108 J de energia a cada 12 C de carga que a atravessa. Determine:

1. a diferença de potencial entre seus polos;
2. quanta energia ela entregaria a 30 C de carga.

Um resistor de 40 Ω é ligado a uma fonte de 12 V. Calcule a corrente que o percorre.

Uma torradeira puxa 4 A quando ligada a uma tomada de 220 V. Calcule a resistência da sua resistência de aquecimento.

Um fio de alumínio tem 50 m de comprimento e secção transversal de 4 mm². Calcule a sua resistência elétrica. Em seguida, diga se esse valor seria maior ou menor caso o fio fosse de cobre, e justifique. Dados: ρ_alumínio = 2,8 × 10⁻⁸ Ω·m; ρ_cobre = 1,7 × 10⁻⁸ Ω·m. Atenção: 1 mm² = 10⁻⁶ m².

Um forno de micro-ondas ligado em 127 V opera com corrente de 10 A. Determine:

1. a potência do aparelho, em watts e em quilowatts;
2. a energia consumida em 15 minutos de uso, em kWh.

Uma resistência de 15 Ω é percorrida por uma corrente de 4 A. Calcule a potência dissipada por efeito Joule e a energia liberada na forma de calor em 10 minutos, em joules.

Um chuveiro elétrico de 4400 W é instalado num circuito de 220 V, protegido por um disjuntor de 20 A. Calcule a corrente exigida pelo chuveiro e avalie se esse disjuntor é adequado. Justifique a sua resposta.

Uma família mantém um ar-condicionado de 1,2 kW ligado durante 6 horas por dia. Sabendo que a tarifa de energia elétrica é de R$ 0,75 por kWh, calcule o consumo em 30 dias, em kWh, e o valor correspondente na conta de luz.

Dois fios são feitos do mesmo material e têm o mesmo comprimento, mas o segundo tem o dobro do diâmetro do primeiro. Responda, justificando cada item com a relação R = ρL/A:

1. por quanto é multiplicada a área da secção quando o diâmetro dobra?
2. a resistência do segundo fio é quantas vezes a do primeiro?
3. se o primeiro fio tem resistência de 8 Ω, qual é a resistência do segundo?

Dado: a secção de um fio cilíndrico vale A = π · d² / 4.

Um fio de cobre tem resistência R. Considere três modificações feitas separadamente a partir desse fio original. Em cada caso, diga o que acontece com a resistência e justifique:

1. triplicar o comprimento, mantendo a secção;
2. triplicar a área da secção, mantendo o comprimento;
3. triplicar o comprimento e a área ao mesmo tempo.

Explique por que o comprimento e a área têm efeitos opostos sobre a resistência.

Ensaiando um componente, obtêm-se dois pontos do seu gráfico V × i: (0,2 A ; 6 V) e (0,5 A ; 15 V). Determine:

1. se o componente é ôhmico, justificando a partir dos dois pontos;
2. a sua resistência elétrica;
3. a corrente que circularia caso ele fosse ligado a uma fonte de 24 V.

Uma lâmpada de resistência 60 Ω é ligada a uma bateria de 12 V por meio de dois fios de cobre curtos, cuja resistência pode ser desprezada. Determine:

1. a corrente que percorre o circuito;
2. a potência dissipada pela lâmpada;
3. a carga que atravessa a lâmpada em 5 minutos de funcionamento;
4. o tempo necessário para que a lâmpada converta 1440 J de energia.

Por fim, explique por que desprezar a resistência dos fios é razoável nesse caso, retomando o que você calculou na Questão 12.