Geração de Energia Elétrica

Nesse post você vai aprender um conteúdo que envolve duas matérias dentro da Física: Energia e Eletrodinâmica. A geração de energia elétrica é dos problemas do mundo contemporâneo, pois não existe vida moderna sem energia elétrica. Por outro lado, é necessário elaborar um processo de conversão de outra modalidade de energia em energia elétrica e é neste momento que surgem os problemas de impacto ambiental.
Pré requisitos:Tipos de Energia” e “Geradores e Receptores Elétricos
Dica de vestibular: Em geral, esse assunto é abordado como um conhecimento geral ou então nos enunciados de questões de eletrodinâmica. Assunto bastante recorrente no ENEM.

1. Esquema Geral da Geração de Energia Elétrica:

A maior parte dos modos de geração de energia elétrica segue a seguinte sequência:
I) Há na natureza alguma modalidade de energia de movimento (cinética, térmica ou ondulatória) capaz de fazer girar um rotor.
Observação: Rotor é um nome que designa todos os equipamentos que giram em torno de seu próprio eixo produzindo movimentos de rotação. Exemplos: turbinas, redutores, compressores, etc.
II) O rotor movimentado está envolvido por ímãs que, através da indução eletromagnética, faz energia de movimento ser convertida em energia elétrica.

Esquema geral de produção de energia elétrica
Esquema geral de produção de energia elétrica

2. Usinas que seguem o esquema geral:

a) Usina Hidrelétrica:

Esquema simplificado de uma usina hidrelétrica
Esquema simplificado de uma usina hidrelétrica

A água é represada e a energia potencial gravitacional é convertida em energia cinética para movimentar o rotor.
Impacto ambiental: apesar de ser considerada uma “energia limpa”, essa usina gera um grande impacto ao represar a água para fazer o reservatório, pois dispersa a fauna da região e submerge a flora, que posteriormente vai liberar COe outros gases decorrentes da decomposição dos seres vivos.

b) Usinas movidas à vapor de água:

As usinas apresentadas a seguir seguem o esquema geral, porém em todas elas o objetivo é fazer o aquecimento da água e utilizar o vapor de água para girar o rotor.

b.1) Usina Termelétrica:

Esquema simplificado de uma usina termelétrica
Esquema simplificado de uma usina termelétrica

Utiliza a queima de combustíveis fósseis (em geral carvão) para aquecer a água na caldeira.
Impacto ambiental: libera COe outros gases que intensificam o efeito estufa e poluem o ar.

b.2) Usina Nuclear:

Esquema simplificado de uma usina nuclear
Esquema simplificado de uma usina nuclear

Utiliza as reações nucleares para aquecer a água na caldeira.
Impacto ambiental: libera grande quantidade de calor na água (do rio ou do mar) que irá refrigerar o sistema; se perder o controle das reações nucleares pode ocorrer um acidente nuclear.

b.3) Usina Geotérmica:

Esquema simplificado de uma usina geotérmica
Esquema simplificado de uma usina geotérmica

Utiliza o calor das regiões abaixo da crosta terrestre para aquecer a água na caldeira.

c) Usina Eólica:

Esquema simplificado de uma usina eólica
Esquema simplificado de uma usina eólica

Utiliza o vento para girar o rotor.
Impacto ambiental: Aves podem ser mortas quando atravessam as hélices.

3. Usina Fotovoltaica:

A energia solar funciona de modo diferente das anteriores, pois ela não segue o esquema geral. Seu funcionamento está fundamentado na captação das ondas eletromagnéticas do sol por células fotovoltaicas. Tais células já fazem a conversão da energia solar em energia elétrica.

Esquema simplificado de uma usina solar
Esquema simplificado de uma usina solar

4. Exercício de Aplicação:

(ENEM 2010 – Questão 89 – Caderno 1 Azul) Deseja-se instalar uma estação de geração de energia elétrica em um município localizado no interior de um pequeno vale cercado de altas montanhas de difícil acesso. A cidade é cruzada por um rio, que é fonte de água para consumo, irrigação das lavouras de subsistência e pesca. Na região, que possui pequena extensão territorial, a incidência solar é alta o ano todo. A estação em questão irá abastecer apenas o município apresentado. Qual forma de obtenção de energia, entre as apresentadas, é a mais indicada para ser implantada nesse município de modo a causar o menor impacto ambiental?
a) Termelétrica, pois é possível utilizar a água do rio no sistema de refrigeração.
b) Eólica, pois a geografia do local é própria para a captação desse tipo de energia.
c) Nuclear, pois o modo de resfriamento de seus sistemas não afetaria a população.
d) Fotovoltaica, pois é possível aproveitar a energia solar que chega à superfície do local.
e) Hidrelétrica, pois o rio que corta o município é sufi ciente para abastecer a usina construída.
Para saber a resposta dessa questão, clique em “ENEM 2010 – Questão 89 – Caderno 1 Azul” e acesse o gabarito oficial disponibilizado pela INEP (a resposta está na própria questão).
Gostou deste resumo? Deixe seu comentário!
Leia outros resumos aqui: Resumos Teóricos do Kuadro
Assista às Aulas Ao Vivo Gratuitas do Kuadro!

Energia e Trabalho (Visão Geral)

Nesse post veremos a parte da física que estuda energia e trabalho. Iremos apresentar uma abordagem diferente do que se costuma ensinar nos livros, mostrando ao estudante uma didática mais simples e visando facilitar a resolução de exercícios. Vale lembrar que esse resumo tem o objetivo de apresentar uma visão geral sobre “Energia e Trabalho” e, caso necessite, o estudante poderá acessar os resumos de detalhamento que é apresentado nos tópicos pertinentes.
Dica de vestibular: Energia e trabalho é um assunto extremamente incidente nos principais vestibulares do país, sendo praticamente certa a ocorrência desse assunto no ENEM.

1. Introdução:

De forma simples, podemos dizer que energia é uma grandeza física escalar que mede a capacidade de algo ou alguém realizar uma ação de movimento.
Sabemos que as palavras “energia” e “trabalho” possuem o mesmo significado, a diferença entre elas ocorre porque energia foi uma adaptação linguística de grafia e trabalho é uma tradução da palavra para a língua portuguesa.
Em Física a diferença entre elas é sutil, a ponto de alguns autores preferirem explicar primeiro o conceito de trabalho para depois explicar o conceito de energia. Porém aqui vamos explicar “Energia” primeiro e posteriormente explicar “Trabalho”, pois desse modo você verá o aprendizado da matéria de modo mais natural.
A unidade de medida de energia e trabalho no Sistema Internacional de Unidades (SI) é o J (joule).

2. Tipos de Energia:

Apesar do ensino tradicional de física não fazer a divisão apresentada a seguir, percebe-se que tal divisão pode facilitar bastante o aprendizado do aluno.

a) Energias de Movimento:

São as energias associadas ao movimento dos corpos.

b) Energias de Potencial:

São energias que podem fazer um corpo entrar em movimento, porém o corpo ainda não realizou essa ação. Por isso, tem o potencial de gerar movimento.
Observação: Para mais detalhes sobre esse tópico clique aqui e acesse o nosso resumo sobre “Tipos de Energia”

Banner geral

3. Conservação da Energia Mecânica:

Normalmente, os exercícios de vestibulares abordam o assunto em questão restringindo o conteúdo às energias mecânicas, que são elas:

  • Energia Cinética (corpo possui velocidade):

E_c=\frac{m\cdot v^2}{2}

Bicicleta em movimento
Corpo que possui Energia Cinética
  • Energia Potencial Gravitacional (corpo está a uma altura):

E_{p,g}=m\cdot g\cdot h

Objeto sendo jogado do alto de um prédio
Corpo que possui Energia Potencial Gravitacional
  • Energia Potencial Elástica (mola deformada):

E_{p,el}=\frac{k\cdot x^2}{2}

Uma mola sendo comprimida e outra sendo esticada.
Energia Potencial Elástica

Quando se analisa um sistema conservativo, no qual as energias potenciais se convertem integralmente em energia cinética e vice versa, tem-se que a soma das energias no início do movimento é igual a soma das energias no final do movimento.
Isso pode ser equacionado pela seguinte expressão:

\sum E_{Mecanica,Inicial}+\sum E_{Mecanica,Final}=04. Trabalho de uma força:

Quando estudamos conservação da Energia Mecânica, basicamente estamos falando de um corpo que possui energia potencial e transforma em energia de movimento do próprio corpo. Mas como fazer se esse corpo deseja utilizar a sua energia potencial para movimentar outro corpo?
A resposta desse questionamento pode ser obtida quando olhamos para o mundo real e vemos que é impossível transferir a energia de um corpo para outro sem que haja uma força atuando por uma determinada distância.
Raciocinando deste modo, pode-se inferir que o trabalho é o modo de transferir energia potencial convertida em energia cinética em outro corpo, sendo expresso pela seguinte equação:
\tau =F\cdot d\cdot \cos \theta
Onde:
θ é o ângulo formado entre os vetores F (força aplicada) e d (deslocamento do corpo)

O que achou deste resumo? Deixe seu comentário!
Leia outros resumos aqui: Resumos Teóricos do Kuadro
Assista às Aulas Ao Vivo Gratuitas do Kuadro!

Cinemática do Movimento Circular

Nesse post veremos o comportamento descritivo dos corpos em movimento circular. Conheceremos as grandezas circulares e suas relações com as grandezas escalares. Por fim, iremos analisar o comportamento dos principais sistemas de transmissão do movimento rotacional. Vamos aprender sobre a Cinemática do Movimento Circular?
Pré requisitos:Movimento Uniforme” e “Movimento Uniformemente Variado
Dica de Vestibular: o assunto abordado aqui é muito incidente nos vestibulares da Unesp e da Unicamp e aparece com frequência no ENEM.

1. Grandezas angulares:

a) Espaço angular (θ), velocidade angular (ω) e aceleração angular (γ):

  • Espaço angular: ângulo formado pela posição de um corpo em relação ao eixo de coordenadas.
  • Velocidade angular: variação da posição angular de um corpo em função do tempo.
  • Aceleração angular: variação da velocidade angular de um corpo em função do tempo.

b) Frequência (f) e período (T):

  • Frequência é a razão entre o número de ciclos completos em um tempo previamente fixado.
  • Período é o tempo de uma volta completa realizada por um corpo em movimento circular.

c) Equações:

A relação entre frequência e período é dada pela seguinte equação:
f=\frac{1}{T}
A relação da velocidade angular com o período é dada pela seguinte equação:
\omega =\frac{2 \pi}{T}
A relação entre velocidade angular e frequência é obtida ao se mesclar as duas equações acima, obtendo assim a seguinte equação:
\omega = 2 \pi f

2. Relação entre grandezas escalares e grandezas angulares:

a) A relação entre as grandezas:

O raio é o responsável por diferenciar uma grandeza escalar de uma grandeza circular, a relação entre tais grandezas é apresentada a seguir:

Ilustração de relação entre grandezas
Relação entre grandezas escalares e circulares

b) Equação do Movimento Circular Uniforme:

O Movimento Circular Uniforme (MCU) comporta-se de modo semelhante ao Movimento Retilíneo Uniforme (MRU). De tal modo, a equação possui formato semelhante, trocando-se apenas as grandezas escalares por grandezas circulares.

c) Equações do Movimento Circular Uniformemente Variado:

O Movimento Circular Uniformemente Variado (MCUV) comporta-se de modo semelhante ao Movimento Retilíneo Uniformemente Variado (MRUV). De tal modo, as equações possuem formatos semelhantes, trocando-se apenas as grandezas escalares por grandezas circulares.

3. Transmissão do Movimento Circular:

a) Correia comum:

Em um sistema de transmissão utilizando correia comum, tem-se que a velocidade escalar em qualquer ponto da correia é a mesma. Ou seja, as polias (ou engrenagens) que compõem tal sistema possuem a mesma velocidade escalar em suas extremidades de contato com a correia.

Imagem da fórmula da corrente comum: Wa.Ra = Wb.Rb
Correia comum

b) Engrenagens dentadas:

Quando um sistema é formado por polias que apresentam contato superficial entre si, tem-se que a velocidade escalar de ambas são iguais.

Ilustração de engrenagens dentadas: Wa.Na = Wb.Nb
Engrenagens dentadas

c) Eixo comum:

Quando um sistema é formado por polias que estão fixas em um eixo comum, tem-se que a velocidade angular de ambas são iguais.

Ilustração de eixo comum: Va/Ra = Vb/Rb
Eixo comum

4. Exercício de Aplicação de Cinemática do Movimento Circular:

(Unesp 2016) Um pequeno motor a pilha é utilizado para movimentar um carrinho de brinquedo. Um sistema de engrenagens transforma a velocidade de rotação desse motor na velocidade de rotação adequada às rodas do carrinho. Esse sistema é formado por quatro engrenagens, A, B, C e D, sendo que A está presa ao eixo do motor, B e C estão presas a um segundo eixo e D a um terceiro eixo, no qual também estão presas duas das quatro rodas do carrinho.

Imagem do exercício. Unesp 2016
Unesp 2016

Nessas condições, quando o motor girar com frequência fM, as duas rodas do carrinho girarão com frequência fR. Sabendo que as engrenagens A e C possuem 8 dentes, que as engrenagens B e D possuem 24 dentes, que não há escorregamento entre elas e que fM = 13,5 Hz, é correto afirmar que fR, em Hz, é igual a
A) 1,5
B) 3,0
C) 2,0
D) 1,0
E) 2,5
O que achou deste resumo? Deixe seu comentário!
Para mais conteúdos sobre vestibular, continue acompanhando o Blog do Kuadro e assista às nossas Aulas Ao Vivo Gratuitas diariamente!

Movimento Uniformemente Variado (MUV)

Nesse post veremos o comportamento físico do Movimento Uniformemente Variado (MUV), um dos movimentos mais importantes da cinemática. Aqui você encontrará a definição do MUV, as equações e uma técnica para resolver exercícios envolvendo tal assunto.
No entanto, para uma perfeita compreensão do assunto, é necessário saber as informações vistas no nosso resumo sobre os “Conceitos Básicos da Cinemática“.

1. Definição:

O movimento é uniformemente variado (MUV) quando o móvel se desloca com uma aceleração constante (a = cte) e diferente de zero (a ≠ 0).

2. Equações:

  • Função horária da posição:

\dpi{120} S=S_0+v_0\cdot t+\frac{1}{2}\cdot a\cdot t^{2}

  • Função horária da velocidade

\dpi{120} v=v_0+a\cdot t

  • Equação de Torricelli

\dpi{120} v^2=v_0^2+2\cdot a\cdot d
Onde:
S = posição final do móvel em relação a um referencial
S0 = posição do móvel em relação a um referencial no instante de tempo igual a zero (ou posição inicial)
v = velocidade final do móvel em relação a um referencial
v0 = velocidade do móvel em relação a um referencial no instante de tempo igual a zero (ou velocidade inicial)
a = aceleração do móvel
t = tempo decorrido
d = distância percorrida
Veja alguns exemplos:

Banner geral

3. Técnica para resolução de exercícios de cinemática:

Muitos estudantes encontram dificuldades em resolver um exercício envolvendo MUV porque não sabem qual equação utilizar. A seguir apresentaremos um exercício de vestibular acompanhado de sua resolução, a qual mostraremos uma técnica para resolver tais problemas.

a) Vestibular UEL-PR 2014:

O desrespeito às leis de trânsito, principalmente àquelas relacionadas à velocidade permitida nas vias públicas, levou os órgãos regulamentares a utilizarem meios eletrônicos de fiscalização: os radares capazes de aferir a velocidade de um veículo e capturar sua imagem, comprovando a infração ao Código de Trânsito Brasileiro.
Suponha que um motorista trafegue com seu carro à velocidade constante de 30 m/s em uma avenida cuja velocidade regulamentar seja de 60 km/h. A uma distância de 50 m, o motorista percebe a existência de um radar fotográfico e, bruscamente, inicia a frenagem com uma desaceleração de 5 m/s2.
Sobre a ação do condutor, é correto afirmar que o veículo
a) não terá sua imagem capturada, pois passa pelo radar com velocidade de 50 km/h.
b) não terá sua imagem capturada, pois passa pelo radar com velocidade de 60 km/h.
c) terá sua imagem capturada, pois passa pelo radar com velocidade de 64 km/h.
d) terá sua imagem capturada, pois passa pelo radar com velocidade de 66 km/h.
e) terá sua imagem capturada, pois passa pelo radar com velocidade de 72 km/h.

b) Resolução:

1º Passo: Reescreva os dados da questão identificando cada grandeza envolvida e convertendo as unidades para o SI, caso seja necessário.

2º Passo: Escreva todas as equações do MUV.

3º Passo: Circule de Verde as grandezas físicas que foram fornecidas no enunciado da questão e de Vermelho a grandeza física a ser encontrada.

4º Passo: Substitua os dados do problema na única equação em que a grandeza pedida para ser determinada está circulada de vermelho e todas as demais estão circuladas de verde. Em seguida resolva a equação e encontre a resposta.

Resposta da questão: alternativa E

4. Exercício de Aplicação de MUV:

(Unicamp 2016 – Questão – Versão Q) A demanda por trens de alta velocidade tem crescido em todo o mundo. Uma preocupação importante no projeto desses trens é o conforto dos passageiros durante a aceleração. Sendo assim, considere que, em uma viagem de trem de alta velocidade, a aceleração experimentada pelos passageiros foi limitada a amáx = 0,09 g, onde g = 10 m/s2 é a aceleração da gravidade. Se o trem acelera a partir do repouso com aceleração constante igual a amáx, a distância mínima percorrida pelo trem para atingir uma velocidade de 1080 km/h corresponde a
a) 10 km.
b) 20 km.
c) 50 km.
d) 100 km.
Para saber a resposta dessa questão, clique aqui e acesse o gabarito oficial da Unicamp (procure pela questão 2).
O que achou deste resumo? Deixe seu comentário!
Para mais conteúdos sobre vestibular, continue acompanhando o Blog do Kuadro e assista às nossas Aulas Ao Vivo Gratuitas diariamente!

Conceitos Básicos de Cinemática

Esse post explica os conceitos básicos de Cinemática, sendo que a grande maioria dos tópicos vistos serão essenciais para uma perfeita interpretação dos enunciados das questões desse assunto. Raramente os seis primeiros tópicos desse post aparecem em uma questão de vestibular como sendo objeto avaliado, porém os dois últimos tópicos (“velocidade média” e “aceleração média”) já são mais comuns.

1. Estudo do movimento:

a) Cinemática:

Estudo analítico do movimento. Preocupa-se apenas com o que ocorre durante o movimento.

b) Dinâmica:

Estudo das causas do movimento. Preocupa-se em estudar os motivos que fazem um corpo se movimentar ou parar.

2. Referencial:

Ponto a partir do qual se estabelece as medidas físicas.

3. Repouso e Movimento:

a) Repouso:

A posição do corpo é constante em relação a um referencial.

b) Movimento:

A posição do corpo muda em relação a um referencial.

4. Ponto Material e Corpo Extenso:

a) Ponto Material:

O corpo possui dimensões desprezíveis em relação a um referencial.
Exemplo: carro se movendo em relação a um referencial aéreo (um helicóptero, por exemplo). Suas dimensões são desprezíveis.

Ponto material

b) Corpo Extenso:

O corpo NÃO possui dimensões desprezíveis em relação a um referencial.
Exemplo: o mesmo carro do ponto material agora está se movendo em relação à garagem. Agora suas dimensões NÃO são desprezíveis.

Corpo extenso

5. Trajetória:

Caminho percorrido por um corpo em relação a um referencial.

6. Distância percorrida e Posição:

a) Distância percorrida (d):

Contagem numérica de todo o caminho percorrido pelo corpo, independentemente do referencial.

b) Posição ou Espaço (S):

Posição de um corpo em relação a um referencial.

c) Variação da Posição ou do Espaço (ΔS):

Na física, o símbolo Delta (Δ) sempre representa alguma grandeza no seu estado final menos a mesma grandeza no seu estado inicial. Sendo assim a variação da posição de um móvel é dada pela seguinte equação:
\dpi{120} \Delta S=S_{final}-S_{inicial}

7. Velocidade Média (v):

Grandeza física que mede a rapidez de um móvel através da relação entre a variação da posição (ΔS) e a variação do tempo (Δt).
\dpi{120} v_m=\frac{\Delta S}{\Delta t}
No SI (Sistema Internacional de Unidades), ΔS deve ser dado em m (metro) e Δt em segundos (s).
Conversão de unidade:
Para mudar a velocidade de m/s para km/h, multiplica-se o valor da velocidade em m/s por 3,6.
Para mudar a velocidade de km/h para m/s, divide-se o valor da velocidade em km/h por 3,6.

8. Aceleração Média (a):

Grandeza física que mede a capacidade de um móvel alterar a velocidade.
\dpi{120} a_m=\frac{\Delta v}{\Delta t}
No SI (Sistema Internacional de Unidades), Δv deve ser dado em m/s (metro por segundo) e Δt em segundos (s).
Para consolidar os conhecimentos, assista à nossa videoaula sobre Cinemática:

9. Exercício de Aplicação:

(ENEM 2012 – Questão 72 – Caderno 1 Azul) Uma empresa de transportes precisa efetuar a entrega de uma encomenda o mais breve possível. Para tanto, a equipe de logística analisa o trajeto desde a empresa até o local da entrega. Ela verifica que o trajeto apresenta dois trechos de distâncias diferentes e velocidades máximas permitidas diferentes. No primeiro trecho, a velocidade máxima permitida é de 80km/h e a distância a ser percorrida é de 80km. No segundo trecho, cujo comprimento vale 60km, a velocidade máxima permitida é 120km/h. Supondo que as condições de trânsito sejam favoráveis para que o veículo da empresa ande continuamente na velocidade máxima permitida, qual será o tempo necessário, em horas, para a realização da entrega?
a) 0,7
b) 1,4
c) 1,5
d) 2,0
e) 3,0
Para saber a resposta dessa questão, clique em “ENEM 2012 – Questão 72 – Caderno 1 Azul” e acesse o gabarito oficial disponibilizado pelo INEP (a resposta está na própria questão).
O que achou deste resumo? Deixe seu comentário!
Para mais conteúdos sobre vestibular, continue acompanhando o Blog do Kuadro e assista às nossas Aulas Ao Vivo Gratuitas diariamente!

Instrumentos de Medida

Neste resumo, falaremos sobre os instrumentos de medida importantes para o estudo da Física: voltímetro, amperímetro e multímetro.

1. Voltímetro:

a) O que é Voltímetro?

Instrumento de medição de tensão ou de diferença de potencial elétrico. Voltímetro deriva da palavra volt (unidade de medida de tensão elétrica).

Voltímetro – Instrumento de medida de tensão

b) Símbolo:

Símbolo de voltímetro

c) Como utilizar:

Um instrumento de medida não deve interferir na medida que se quer obter, sendo assim o voltímetro deve ser LIGADO EM PARALELO ao trecho do circuito em que se quer saber a tensão.
A resistência interna de um voltímetro deve ser muito alta (tendendo ao infinito), pois desse modo praticamente não haverá alteração no valor de tensão medida por tal aparelho.

2. Amperímetro:

a) O que é Amperímetro?

Instrumento de medição de corrente elétrica. Amperímetro deriva da palavra ampère (unidade de medida de corrente elétrica).

Amperímetro – Instrumento de medida de corrente elétrica

b) Símbolo:

Símbolo de Amperímetro Ideal

c) Como utilizar:

Um instrumento de medida não deve interferir na medida que se quer obter, sendo assim o amperímetro deve ser LIGADO EM SÉRIE no trecho do circuito em que se quer saber a corrente.
A resistência interna de um amperímetro deve ser muito baixa (tendendo a zero), pois desse modo praticamente não haverá alteração no valor de corrente medido por tal aparelho.

3. Multímetro:

Multímetro é um equipamento eletrônico que permite realizar diversas medições elétricas. Um multímetro comum pode funcionar como voltímetro, como amperímetro ou como ohmímetro (medidor de resistência). Já alguns multímetros mais completos podem ter essas três funções básicas e ainda medir capacitância e verificar os terminais de um transistor.
Apesar de estudarmos separadamente o Voltímetro e o Amperímetro, na prática é mais comum utilizarmos o multímetro ao invés de utilizarmos os medidores individuais.

Multímetro digital

4. Exercício de Aplicação de instrumentos de medida:

(ENEM 2013 – Questão 72 – Caderno 1 Azul) 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).

Para realizar essas medidas, o esquema da ligação desses instrumentos está representado em:
a) 
b)
c)
d)
e)
Para saber a resposta dessa questão, clique no link disponível em “ENEM 2013 – Questão 72 – Caderno 1 Azul” e procure a referida questão.

5. Exercício de Aplicação 2:

(Unicamp 2015 – Questão 68 – Versão Q) Quando as fontes de tensão contínua que alimentam os aparelhos elétricos e eletrônicos são desligadas, elas levam normalmente certo tempo para atingir a tensão de U = 0 V. Um estudante interessado em estudar tal fenômeno usa um amperímetro e um relógio para acompanhar o decréscimo da corrente que circula pelo circuito a seguir em função do tempo, após a fonte ser desligada em t = 0 s. Usando os valores de corrente e tempo medidos pelo estudante, pode-se dizer que a diferença de potencial sobre o resistor R = 0,5 kΩ para t = 400 ms é igual a

a) 6V
b) 12V
c) 20V
d) 40V
Para saber a resposta dessa questão, clique aqui e acesse o gabarito oficial da Unicamp (procure pela questão 68).
O que achou deste resumo? Deixe seu comentário!
Para mais conteúdos sobre vestibular, continue acompanhando o Blog do Kuadro e assista às nossas Aulas Ao Vivo Gratuitas diariamente!

Geradores e Receptores Elétricos

Neste post, falaremos sobre o que são geradores e receptores elétricos, quais suas utilidades e funções e como eles são cobrados nos vestibulares.

1. Definições:

a) Gerador:

É o dispositivo que converte alguma modalidade de energia em energia elétrica.

b) Receptor:

É o dispositivo que converte energia elétrica em outra modalidade de energia.

c) Símbolos:

I) Gerador ou receptor IDEAL: a resistência interna é muito pequena se comparada as demais resistências do circuito.

Símbolo do gerador ou do receptor ideal

II) Gerador ou receptor REAL: a resistência interna possui um valor próximo das demais resistências do circuito.

Símbolo do gerador ou do receptor real

d) Observações:

I) Fisicamente gerador e receptor são a mesma coisa, a diferença entre eles se dá pelo sentido de circulação da corrente.
Exemplo: uma bateria de telefone celular é gerador quando se está utilizando o celular e a mesma bateria passa a ser um receptor quando se coloca o celular para carregar.
II) Só é possível existir um receptor se no circuito há um gerador.
III) O potencial elétrico de um gerador necessariamente é superior ao potencial elétrico de um receptor.
IV) Algumas pessoas podem pensar que a resistência interna é um resistor que existe dentro de um gerador ou de um receptor, porém na realidade ela é uma simplificação de todas as resistências que surgiram devido à construção do gerador ou do receptor.

Banner geral

2. Equações características:

a) Gerador:

Funcionamento de  um Gerador Real

A equação característica de um gerador expressa o cálculo do potencial elétrico real (U) disponibilizado pelo gerador ao circuito em que ele está inserido.
\dpi{120} U=E-r\cdot i
Onde:
U = tensão disponível do gerador para fornecer ao circuito (em V)
E = tensão ideal do gerador (em V)
r = resistência interna do gerador (em Ω)
i = corrente que atravessa o gerador quando este está inserido em um circuito (em A)

b) Receptor:

Funcionamento de um Receptor Real

A equação característica de um receptor expressa o cálculo do potencial elétrico (U’) necessário para o receptor funcionar em um circuito, considerando-se a tensão ideal do receptor (E’) e a tensão perdida devido à existência de resistências internas.
\dpi{120} U'=E'+r'\cdot i
Onde:
U’ = tensão necessária para o funcionamento do receptor (em V)
E’ = tensão ideal do receptor (em V)
r’ = resistência interna do receptor (em Ω)
i = corrente que atravessa o receptor quando este está inserido em um circuito (em A)

3. Associação de geradores e receptores elétricos:

As formas como são feitas as associações de geradores e de receptores são iguais. Porém as associações apresentadas a seguir só tem validade se forem feitas só com geradores ou só com receptores, nunca misturando os dois.

a) Diferentes geradores associados em série:

Associação em série de diferentes geradores

A tensão ideal equivalente nessa associação é dada pela seguinte expressão:
\dpi{120} E_{equivalente}=E_1+E_2+E_3+\cdots +E_n
A resistência equivalente é determinada pela seguinte expressão:
\dpi{120} r_{equivalente}=r_1+r_2+r_3+\cdots +r_n

b) Geradores iguais associados em paralelo:

Associação em paralelo de geradores iguais

A tensão ideal equivalente nessa associação é dada pela seguinte expressão:
\dpi{120} E_{equivalente}=E
A resistência equivalente é determinada pela seguinte expressão:
\dpi{120} r_{equivalente}=\frac{r}{N}
Onde: N é o número total de geradores associados em paralelo

4. Exercício de Aplicação:

(ENEM 2017 – Questão 129 – Caderno 7 Azul) Em algumas residências, cercas eletrificadas são utilizadas com o objetivo de afastar possíveis invasores. Uma cerca eletrificada funciona com uma diferença de potencial elétrico de aproximadamente 10.000 V. Para que não seja letal, a corrente que pode ser transmitida através de uma pessoa não deve ser maior do que 0,01 A. Já a resistência elétrica corporal entre as mãos e os pés de uma pessoa é da ordem de 1.000 Ω. Para que a corrente não seja letal a uma pessoa que toca a cerca eletrificada, o gerador de tensão deve possuir uma resistência interna que, em relação à do corpo humano, é
a) praticamente nula.
b) aproximadamente igual.
c) milhares de vezes maior.
d) da ordem de 10 vezes maior.
e) da ordem de 10 vezes menor.
Para saber a resposta dessa questão, clique aqui e acesse o gabarito oficial disponibilizado pela INEP (procure a resposta da questão 129).
O que achou do Resumo Teórico de Geradores e Receptores Elétricos? Deixe seu comentário!
Para mais conteúdos sobre vestibular, continue acompanhando o Blog do Kuadro e assista às nossas Aulas Ao Vivo Gratuitas diariamente!

Associação de Resistores

O assunto “Associação de Resistores” é continuação do estudo de resistência elétrica que foi iniciado no resumo de “Leis de Ohm”. Caso queira revê-lo clique aqui.
Muitas vezes, em uma associação de resistores, deseja-se saber a resistência equivalente do trecho de um circuito. Por isso, a seguir são apresentados os principais modos de associação de resistores e como pode ser calculada a resistência equivalente em cada caso.

1. Associação em Série

a) Caso geral:

Diz-se que há uma associação de resistores em série quando os resistores estão associados do seguinte modo:

Resistores diferentes associados em série

A resistência equivalente é determinada pela seguinte equação:
\dpi{120} R_{equivalente}=R_1+R_2+R_3+R_4+\cdots+R_n
Dica: De forma prática, para saber se os resistores estão associados em série basta você verificar se há um único CAMINHO OBRIGATÓRIO a se percorrer. Ou seja, para a corrente elétrica sair de A e ir até B, obrigatoriamente, ela terá que passar por todos os resistores associados em série.

b) Resistores iguais associados em série:

Resistores iguais associados em série

A resistência equivalente é determinada pela seguinte equação:
\dpi{120} R_{equivalente}=N\cdot R

c) Grandezas elétricas em uma associação em série:

A corrente elétrica (i) em um trecho que possui resistores associados em série é igual para todos os resistores. Sendo assim, a tensão (U) é diretamente proporcional ao valor de resistência (R) de cada resistor.

2. Associação em Paralelo

a) Caso geral:

Diz-se que há uma associação de resistores em série quando os resistores estão associados do seguinte modo:

Resistores diferentes associados em paralelo

A resistência equivalente é determinada pela seguinte equação:
\dpi{120} \frac{1}{R_{equivalente}}=\frac{1}{R_1}+\frac{1}{R_2}+\frac{1}{R_3}+\frac{1}{R_4}+\cdots+\frac{1}{R_n}
Dica: De forma prática, para saber se os resistores estão associados em paralelo basta você verificar se há vários CAMINHOS OPCIONAIS a se percorrer Ou seja, para a corrente elétrica sair do ponto A e chegar no ponto B ela tem a opção de escolher vários caminho possíveis.

b) Dois resistores diferentes associados em paralelo:

Associação em paralelo de dois resistores diferentes

A resistência equivalente é determinada pela seguinte equação:
\dpi{120} R_{equivalente}=\frac{R_1\cdot R_2}{R_1+R_2}

c) Resistores iguais associados em paralelo:

N resistores iguais associados em paralelo

A resistência equivalente é determinada pela seguinte equação:
\dpi{120} R_{equivalente}=\frac{R}{N}

d) Grandezas elétricas em uma associação em paralelo:

A diferença de potencial elétrico (ddp ou U) em um trecho que possui resistores associados paralelo é igual para todos os resistores. Sendo assim, a corrente elétrica (i) que passa por cada resistor é inversamente proporcional ao valor de resistência (R) de cada resistor.

3. Ponte de Wheatstone

É um caso particular de associação de resistores, mostrado na figura a seguir:

Ponte de Wheatstone

Quando a ponte de Wheatstone está equilibrada, tem-se que a diferença de potencial elétrico entre os pontos C e D é nulo. Isto é, não passará corrente entre tais pontos se estes forem conectados por qualquer componente elétrico que não altere a ddp entre CD.
Isso ocorre toda vez que é verificada a seguinte relação:
\dpi{120} R_1\cdot R_4 = R_2\cdot R_3
Por exemplo: se for conectado um resistor entre os pontos CD e a ponte de Wheatstone estiver equilibrada, então a corrente que atravessa esse resistor é igual a zero e tal resistor poderá ser retirado do circuito sem causar impacto no cálculo da resistência equivalente entre A e B.

4. Exercício de Aplicação de Associação de Resistores

(ENEM 2017 – Questão 110 – Caderno 7 Azul) Fusível é um dispositivo de proteção contra sobrecorrente em circuitos. Quando a corrente que passa por esse componente elétrico é maior que sua máxima corrente nominal, o fusível queima. Dessa forma, evita que a corrente elevada danifique os aparelhos do circuito. Suponha que o circuito elétrico mostrado seja alimentado
por uma fonte de tensão U e que o fusível suporte uma corrente nominal de 500 mA.

ENEM 2017 – Questão 110 do Caderno 7

Qual é o máximo valor de tensão U para que o fusível não queime?
a) 20 V
b) 40 V
c) 60 V
d) 120 V
e) 185 V
Para saber a resposta dessa questão, clique aqui e acesse o gabarito oficial disponibilizado pela INEP (procure a resposta da questão 110).
O que achou do Resumo Teórico – Associação de Resistores? Deixe seu comentário!
Para mais conteúdos sobre vestibular, continue acompanhando o Blog do Kuadro e assista às nossas Aulas Ao Vivo Gratuitas diariamente!

Leis de Ohm

1. Definição de Resistência Elétrica:

Muito importante para as Leis de Ohm, a resistência elétrica é a capacidade que um material tem de resistir à passagem de corrente elétrica. Matematicamente, define-se resistência através da expressão:
\dpi{120} R=\frac{U}{i}
Onde:
R = resistência elétrica em Ω (ohm)
U = tensão ou diferença de potencial em V (volt)
i = corrente elétrica em A (ampère)
Apesar da definição da resistência ser expressa pela equação acima, em grande parte das vezes ela é memorizada no seguinte formato:
\dpi{120} U=R\cdot i

2. Leis de Ohm:

1ª Lei de Ohm:

Georg Simon Ohm, ao realizar estudos com resistências elétricas, percebeu que havia um grupo de resistências que não variava a relação tensão pela corrente elétrica. Tais resistências possuíam a capacidade de estabelecer previsões em seu comportamento quando colocados em um circuito elétrico. Essas resistências são chamadas de “Resistências Ôhmicas”.
A 1ª lei de Ohm pode ser escrita através da seguinte equação:
\dpi{120} R=\frac{U}{i}=constante
Observação: Hoje sabe-se que essa relação é verdadeira quando a temperatura é mantida constante.

2ª Lei de Ohm:

A 2ª lei de Ohm fala sobre a determinação da resistência elétrica em um fio qualquer, a qual é expressa através da seguinte equação:
\dpi{120} R=\frac{\rho \cdot\l }{A}
Onde:
ρ = resistividade elétrica do material (em Ω.m)
l = comprimento do fio (em m)
A = área da seção transversal do fio (em m2)

3. Resistores:

Resistor é um componente elétrico responsável por fornecer resistência a um determinado trecho do circuito elétrico. Eletricamente, o resistor tem o objetivo de “barrar” a velocidade de deslocamento dos elétrons a fim de controlar a corrente elétrica que percorre o circuito.
O resistor pode ser simbolizado por dois símbolos diferentes, os quais são apresentados a seguir:

Simbologia de resistores
Simbologia de resistores

4. Tipos de Resistores:

I) Resistores Ôhmicos:

São resistores comuns, muito utilizado em circuitos eletrônicos. Esses resistores mantêm praticamente inalterada sua resistência.

Resistores
Resistores

II) Reostatos e potenciômetros:

São resistores não ôhmicos utilizados para variar corrente que passa em um circuito elétrico.

Potenciômetro
Potenciômetro

5. Potência em Resistores:

Se a resistência do resistor é desconhecida, porém sabe-se a tensão (U) aplicada em seus terminais e a corrente elétrica (i) que o atravessa, determina-se a potência utilizando a seguinte equação:
\dpi{120} P=U\cdot i
Se a corrente elétrica que atravessa o resistor é desconhecida, mas a resistência (R) e a tensão (U) aplicada em seus terminais são conhecidas, determina-se a potência utilizando a seguinte equação:
\dpi{120} P=\frac{U^2}{R}
Se a tensão aplicada nos terminais do resistor é desconhecida, mas a resistência (R) e a corrente elétrica (i) que o atravessa são conhecidas, determina-se a potência utilizando a seguinte equação:
\dpi{120} P=R\cdot i^2

6. Exercício de Aplicação:

(ENEM 2017 – Questão 93 – Caderno 7 azul) Dispositivos eletrônicos que utilizam materiais de baixo custo, como polímeros semicondutores, têm sido desenvolvidos para monitorar a concentração de amônia (gás tóxico e incolor) em granjas avícolas. A polianilina é um polímero semicondutor que tem o valor de sua resistência elétrica nominal quadruplicado quando exposta a altas concentrações de amônia. Na ausência de amônia, a polianilina se comporta como um resistor ôhmico e a sua resposta elétrica é mostrada no gráfico.

ENEM 2017
ENEM 2017

O valor da resistência elétrica da polianilina na presença de altas concentrações de amônia, em ohm, é igual a
a) 0,5 × 100.
b) 2,0 × 100.
c) 2,5 × 105.
d) 5,0 × 105.
e) 2,0 × 106.
Para saber a resposta dessa questão, clique aqui e acesse o gabarito oficial disponibilizado pela INEP (procure a resposta da questão 93).
O que achou do Resumo Teórico soobre Leis de Ohm? Deixe seu comentário!
Para mais conteúdos sobre vestibular, continue acompanhando o Blog do Kuadro e assista às nossas Aulas Ao Vivo Gratuitas diariamente!

Corrente Elétrica

1. Definição:

a) Escrita:

Corrente elétrica (i) é o movimento ordenado de cargas elétricas causado por uma diferença de potencial elétrico (ddp).

b) Através de equação:

\dpi{120} i=\frac{\Delta Q}{\Delta t}
Onde:
Δt = intervalo de tempo (s)
ΔQ = variação da carga de n elétrons (C)
A variação da carga elétrica (ΔQ) é calculada através da seguinte equação:
\dpi{120} \Delta Q=\Delta n\cdot e
Onde:
Δn = variação do número de elétrons que atravessa a seção do fio
e = carga elementar = 1,6 . 10-19 C

2. Sentido Convencional da Corrente:

Quando começou-se a estudar corrente elétrica, acreditava-se que quem se movimentava eram as cargas positivas. No entanto depois de um longo tempo descobriu-se que a corrente elétrica era causada pela movimentação dos elétrons.
Como já haviam se desenvolvido algumas teorias considerando o movimento de cargas positivas e que a mudança das cargas nada iriam interferir, a comunidade científica decidiu adotar um sentido convencional da corrente elétrica (o qual seria embasado toda a teoria da eletrodinâmica) e deixar explícito que quem se movimentam são os elétrons no sentido contrário da corrente convencionada.

Sentido Convencional da Corrente Elétrica
Sentido Convencional da Corrente Elétrica

3. Classificação:

a) Corrente alternada (CA ou AC):

Gráfico da Corrente Alternada
Gráfico da Corrente Alternada

Essa forma de corrente elétrica está diretamente relacionada ao fato dela ser oriunda de um fenômeno eletromagnético.
Tal corrente é utilizada para o funcionamento de motores elétricos de grande porte e também na distribuição da energia elétrica da usina de produção até as residências.

b) Corrente contínua (CC ou DC):

Gráfico da Corrente Contínua
Gráfico da Corrente Contínua

Essa forma de corrente elétrica é muito comum em pilhas, baterias e em equipamentos elétricos que possuem retificador de corrente.

4. Potência:

a) Equação da mecânica:

\dpi{120} P=\frac{\Delta E}{\Delta t}
A equação da potência definida na mecânica é utilizada na elétrica para calcular variação de energia (ΔE), sendo assim o formato mais utilizado é:
\dpi{120} \Delta E=P\cdot \Delta t
Onde usualmente:
P é dado em kW
Δt é dado em h
Sendo assim ΔE possuirá a unidade kW.h

b) Equação da elétrica:

\dpi{120} P=U\cdot i
Onde:
P = potência em W (watt)
U = tensão ou d.d.p em V (volt)
i = corrente elétrica em A (ampère)

5. Exercício de Aplicação:

(ENEM 2013 – Questão 46 – Versão Azul) Músculos artificiais são dispositivos feitos com plásticos inteligentes que respondem a uma corrente elétrica com um movimento mecânico. A oxidação e redução de um polímero condutor criam cargas positivas e/ou negativas no material, que são compensadas com a inserção ou expulsão de cátions ou ânions. Por exemplo, na ­figura os filmes escuros são de poli pirrol e o filme branco é de um eletrólito polimérico contendo um sal inorgânico. Quando o poli pirrol sofre oxidação, há a inserção de ânions para compensar a carga positiva no polímero e o filme se expande. Na outra face do dispositivo o filme de poli pirrol sofre redução, expulsando ânions, e o ­filme se contrai. Pela montagem, em sanduíche, o sistema todo se movimenta de forma harmônica, conforme mostrado na ­figura.

Enem 2013
Enem 2013

A camada central de eletrólito polimérico é importante porque
a) absorve a irradiação de partículas carregadas, emitidas pelo aquecimento elétrico dos filmes de poli pirrol.
b) permite a difusão dos íons promovida pela aplicação de diferença de potencial, fechando o circuito elétrico.
c) mantém um gradiente térmico no material para promover a dilatação/contração térmica de cada filme de poli pirrol.
d) permite a condução de elétrons livres, promovida pela aplicação de diferença de potencial, gerando corrente elétrica.
e) promove a polarização das moléculas poliméricas, o que resulta no movimento gerado pela aplicação de diferença de potencial.
Para saber a resposta dessa questão, clique acima em “ENEM 2013 – Questão 46 – Versão Azul” e procure a questão 46, a resposta oficial disponibilizada pelo INEP está na própria questão.
O que achou do Resumo Teórico – Corrente Elétrica? Deixe seu comentário!
Continue acompanhando o Blog do Kuadro para mais resumos teóricos e assista às nossas Aulas Ao Vivo Gratuitas diariamente!

LOGO-KUADRO-branco

PDF – MÉTODO KUADRO DE APROVAÇÃO

Preencha o formulário e receba o seu PDF