Lista 5 - Corrente Elétrica

FÍSICA - FRENTE 2Professor: Gustavo Mendonça

Lista 5 - Corrente Elétrica

Exercícios da apostila do SAS

Aula 10: TODOS.

Exercícios

1. (Fuvest 2016) Em células humanas, a concentração

de íons positivos de sódio é menor no meio intracelular do que no meio extracelular, ocorrendo o inverso com a concentração de íons positivos de

potássio Moléculas de proteína existentes na membrana celular promovem o transporte ativo de íons de sódio para o exterior e de íons de potássio para o interior da célula. Esse mecanismo é denominado bomba de sódio-potássio. Uma molécula de proteína

remove da célula três íons de para cada dois de

que ela transporta para o seu interior. Esse transporte ativo contrabalança processos passivos, como a difusão, e mantém as concentrações

intracelulares de e de em níveis adequados. Com base nessas informações, determine

a) a razão R entre as correntes elétricas formadas pelos íons de sódio e de potássio que atravessam a membrana da célula, devido à bomba de sódio-potássio;

b) a ordem de grandeza do módulo do campo elétrico E dentro da membrana da célula quando a diferença de

potencial entre suas faces externa e interna é

e sua espessura é c) a corrente elétrica total I através da membrana de um

neurônio do cérebro humano, devido à bomba de sódio-potássio.

Note e adote:

A bomba de sódio-potássio em neurônio do cérebro humano é constituída por um milhão de moléculas de proteínas e cada uma delas transporta, por segundo,

para fora e para dentro da célula.

Carga do elétron: 2. (Uerj 2016) Aceleradores de partículas são ambientes onde partículas eletricamente carregadas são mantidas em movimento, como as cargas elétricas em um condutor. No Laboratório Europeu de Física de Partículas – CERN, está localizado o mais potente acelerador em operação no mundo. Considere as seguintes informações para compreender seu funcionamento:

- os prótons são acelerados em grupos de cerca de pacotes, que constituem o feixe do acelerador;

- esses pacotes são mantidos em movimento no interior e ao longo de um anel de cerca de 30 km de comprimento;

- cada pacote contém, aproximadamente, prótons que se deslocam com velocidades próximas à da luz no vácuo;

- a carga do próton é igual a e a

velocidade da luz no vácuo é igual a

Nessas condições, o feixe do CERN equivale a uma corrente elétrica, em ampères, da ordem de grandeza de:

a)

b)

c)

d) 3. (Unicamp 2015) Um desafio tecnológico atual é a produção de baterias biocompatíveis e biodegradáveis que possam ser usadas para alimentar dispositivos inteligentes com funções médicas. Um parâmetro importante de uma bateria biocompatível é sua

capacidade específica definida como a sua carga

por unidade massa, geralmente dada em O gráfico abaixo mostra de maneira simplificada a diferença de potencial de uma bateria à base de melanina em função de

a) Para uma diferença de potencial de que

corrente média a bateria de massa fornece, supondo que ela se descarregue completamente em um tempo

b) Suponha que uma bateria preparada com

esteja fornecendo uma corrente constante total a um dispositivo. Qual é a potência elétrica fornecida ao dispositivo nessa situação?

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4. (Cefet MG 2014) Em um circuito de corrente contínua, utiliza-se um fio de cobre com diâmetro 1,6

mm e elétrons livres por cm3. Ao se ligar o circuito, a corrente de 10 A, produzida quase instantaneamente, resulta do movimento dos elétrons livres com uma velocidade, em m/s, da ordem de a) 1012. b) 108. c) 104. d) 10–2. e) 10–4. 5. (Unicamp 2013) O carro elétrico é uma alternativa aos veículos com motor a combustão interna. Qual é a autonomia de um carro elétrico que se desloca a

se a corrente elétrica empregada nesta

velocidade é igual a e a carga máxima

armazenada em suas baterias é a) 40,0 km. b) 62,5 km. c) 90,0 km. d) 160,0 km. TEXTO PARA A PRÓXIMA QUESTÃO: Atualmente há um número cada vez maior de equipamentos elétricos portáteis e isto tem levado a grandes esforços no desenvolvimento de baterias com maior capacidade de carga, menor volume, menor peso, maior quantidade de ciclos e menor tempo de recarga, entre outras qualidades.

6. (Unicamp 2012) Outro exemplo de desenvolvimento, com vistas a recargas rápidas, é o protótipo de uma bateria de íon-lítio, com estrutura tridimensional. Considere que uma bateria, inicialmente descarregada,

é carregada com uma corrente média até atingir sua carga máxima de Q = 0,8 Ah . O tempo gasto para carregar a bateria é de a) 240 minutos. b) 90 minutos. c) 15 minutos. d) 4 minutos. 7. (Ufop 2010) 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 x 104 A, em um intervalo de tempo de 25 x 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 8. (Fuvest 2010) Medidas elétricas indicam que a superfície terrestre tem carga elétrica total negativa de, aproximadamente, 600.000 coulombs. Em tempestades, raios de cargas positivas, embora raros, podem atingir a superfície terrestre. A corrente elétrica desses raios pode atingir valores de até 300.000 A. Que fração da carga elétrica total da Terra poderia ser compensada por um raio de 300.000 A e com duração de 0,5 s?

a)

b)

c)

d)

e) 9. (Unicamp 2010) A experimentação é parte essencial do método científico, e muitas vezes podemos fazer medidas de grandezas físicas usando instrumentos extremamente simples.

a) Usando o relógio e a régua graduada em centímetros da figura a seguir, determine o módulo da velocidade que a extremidade do ponteiro dos segundos (o mais fino) possui no seu movimento circular uniforme.

b) Para o seu funcionamento, o relógio usa uma pilha que, quando nova, tem a capacidade de fornecer uma carga q = 2,4 Ah = 8,64×103 C. Observa-se que o relógio funciona durante 400 dias até que a pilha fique completamente descarregada. Qual é a corrente elétrica média fornecida pela pilha?


10. (Enem 2009) O manual de instruções de um aparelho de ar-condicionado apresenta a seguinte tabela, com dados técnicos para diversos modelos:

Capacidade derefrigeraçãokW/(BTU/h)

Potência(W)

Correnteelétrica -ciclo frio(A)

EficiênciaenergéticaCOP (W/W)

Vazão dear (m3/h)

Frequência(Hz)

3,52/(12.000) 1.193 5,8 2,95 550 60

5,42/(18.000) 1.790 8,7 2,95 800 60

5,42/(18.000) 1.790 8,7 2,95 800 60

6,45/(22.000) 2.188 10,2 2,95 960 60

6,45/(22.000) 2.188 10,2 2,95 960 60

Considere-se que um auditório possua capacidade para 40 pessoas, cada uma produzindo uma quantidade média de calor, e que praticamente todo o calor que flui para fora do auditório o faz por meio dos aparelhos de ar-condicionado.Nessa situação, entre as informações listadas, aquelas essenciais para se determinar quantos e/ou quais aparelhos de ar-condicionado são precisos para manter, com lotação máxima, a temperatura interna do

auditório agradável e constante, bem como determinar a espessura da fiação do circuito elétrico para a ligação desses aparelhos, são a) vazão de ar e potência. b) vazão de ar e corrente elétrica - ciclo frio. c) eficiência energética e potência. d) capacidade de refrigeração e frequência. e) capacidade de refrigeração e corrente elétrica – ciclo

frio. 11. (Fuvest 2009) Com o objetivo de criar novas partículas, a partir de colisões entre prótons, está sendo desenvolvido, no CERN (Centro Europeu de Pesquisas Nucleares), um grande acelerador (LHC). Nele, através de um conjunto de ímãs, feixes de prótons são mantidos em órbita circular, com velocidades muito próximas à velocidade c da luz no vácuo. Os feixes percorrem longos tubos, que juntos formam uma circunferência de 27 km de comprimento, onde é feito vácuo. Um desses feixes contém N = 3,0 × 1014

prótons, distribuídos uniformemente ao longo dos tubos, e cada próton tem uma energia cinética E de 7,0 × 1012 eV. Os prótons repassam inúmeras vezes por cada ponto de sua órbita, estabelecendo, dessa forma, uma corrente elétrica no interior dos tubos. Analisando a operação desse sistema, estime:

NOTE E ADOTE:q = Carga elétrica de um próton = 1,6 × 10-19Cc = 3,0 × 108 m/s1 eletron-volt = 1 eV = 1,6 × 10-19 J

a) A energia cinética total Ec, em joules, do conjunto de prótons contidos no feixe.b) A velocidade V, em km/h, de um trem de 400 toneladas que teria uma energia cinética equivalente à energia do conjunto de prótons contidos no feixe.c) A corrente elétrica I, em amperes, que os prótons em movimento estabelecem no interior do tubo onde há vácuo.

ATENÇÃO! Não utilize expressões envolvendo a massa do próton, pois, como os prótons estão a velocidades próximas à da luz, os resultados seriam incorretos. 12. (Ufscar 2008) O capacitor é um elemento de circuito muito utilizado em aparelhos eletrônicos de regimes alternados ou contínuos. Quando seus dois terminais são ligados a uma fonte, ele é capaz de armazenar cargas elétricas. Ligando-o a um elemento passivo como um resistor, por exemplo, ele se descarrega. O gráfico representa uma aproximação linear da descarga de um capacitor.


Sabendo que a carga elétrica fundamental tem valor 1,6 × 10-19 C, o número de portadores de carga que fluíram durante essa descarga está mais próximo de a) 1017. b) 1014. c) 1011. d) 108. e) 105. 13. (Uerj 2007) A maioria dos relógios digitais é formada por um conjunto de quatro displays, compostos por sete filetes luminosos. Para acender cada filete, é necessária uma corrente elétrica de 10 miliamperes.O primeiro e o segundo displays do relógio ilustrado a seguir indicam as horas, e o terceiro e o quarto indicam os minutos.

Admita que esse relógio apresente um defeito, passando a indicar, permanentemente, 19 horas e 06 minutos. A pilha que o alimenta está totalmente carregada e é capaz de fornecer uma carga elétrica total de 720 coulombs, consumida apenas pelos displays. O tempo, em horas, para a pilha descarregar totalmente é igual a: a) 0,2 b) 0,5 c) 1,0 d) 2,0 14. (Unifesp 2007) Uma das grandezas que representa o fluxo de elétrons que atravessa um condutor é a intensidade da corrente elétrica, representada pela letra i. Trata-se de uma grandeza a) vetorial, porque a ela sempre se associa um módulo,

uma direção e um sentido.

b) escalar, porque é definida pela razão entre grandezas escalares: carga elétrica e tempo.

c) vetorial, porque a corrente elétrica se origina da ação do vetor campo elétrico que atua no interior do condutor.

d) escalar, porque o eletromagnetismo só pode ser descrito por grandezas escalares.

e) vetorial, porque as intensidades das correntes que convergem em um nó sempre se somam vetorialmente.

15. (Unifesp 2005) Um condutor é percorrido por uma corrente elétrica de intensidade i = 800 mA. Conhecida a carga elétrica elementar, e = 1,6 × 10-19C, o número de elétrons que atravessa uma seção normal desse condutor, por segundo, é a) 8,0 × 1019 b) 5,0 × 1020 c) 5,0 × 1018 d) 1,6 × 1020 e) 1,6 × 1022 16. (Pucmg 2004) Os seguintes aparelhos são aplicações práticas do efeito de aquecimento de um fio devido à corrente elétrica, EXCETO: a) chuveiro elétrico. b) ferro elétrico de passar. c) lâmpada de incandescência. d) flash de máquina fotográfica. TEXTO PARA A PRÓXIMA QUESTÃO: ENERGIAA quase totalidade da energia utilizada na Terra tem sua origem nas radiações que recebemos do Sol. Uma parte é aproveitada diretamente dessas radiações (iluminação, aquecedores e baterias solares, etc.) e outra parte, bem mais ampla, é transformada e armazenada sob diversas formas antes de ser usada (carvão, petróleo, energia eólica, hidráulica, etc.).A energia primitiva, presente na formação do universo e armazenada nos elementos químicos existentes em nosso planeta, fornece, também, uma fração da energia que utilizamos (reações nucleares nos reatores atômicos, etc.).(Antônio Máximo e Beatriz Alvarenga. Curso de Física. v.2. S. Paulo: Scipione, 1997. p. 433)

17. (Puccamp 2004) A enguia elétrica ou poraquê, peixe de água doce da região amazônica chega a ter 2,5 m de comprimento e 25 cm de diâmetro. Na cauda, que ocupa cerca de quatro quintos do seu comprimento, está situada a sua fonte de tensão - as eletroplacas. Dependendo do tamanho e da vitalidade do animal, essas eletroplacas podem gerar uma tensão de 600V e uma corrente de 2,0A, em pulsos que duram cerca de 3,0 milésimos de segundo, descarga suficiente para atordoar uma pessoa ou matar pequenos animais.

(Adaptado de Alberto Gaspar. "Física". v.3. São Paulo: Ática, 2000, p. 135)

Numa descarga elétrica da enguia sobre um animal, o


número de cargas elétricas elementares que percorre o corpo do animal, a cada pulso, pode ser estimado em:Dado: carga elementar = 1,6 . 10-19 C a) 5 . 106 b) 1 . 109 c) 2 . 1012 d) 4 . 1016 e) 8 . 1018 18. (Pucmg 2003) Em um relâmpago, a carga elétrica envolvida na descarga atmosférica é da ordem de 10 Coulombs. Se o relâmpago dura cerca de 10-3

segundos, a corrente elétrica média vale, em Amperes: a) 10 b) 100 c) 1000 d) 10000 19. (Pucsp 2003)

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 amperes 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 20. (Unifesp 2002) 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 amperes 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 . 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. 21. (Unicamp 1997) A figura a seguir mostra como se pode dar um banho de prata em objetos, como por exemplo em talheres. O dispositivo consiste de uma barra de prata e do objeto que se quer banhar imersos em uma solução condutora de eletricidade. Considere que uma corrente de 6,0 A passa pelo circuito e que cada Coulomb de carga transporta aproximadamente 1,1 mg de prata.

a) Calcule a carga que passa nos eletrodos em uma hora.b) Determine quantos gramas de prata são depositados sobre o objeto da figura em um banho de 20 minutos. 22. (Unesp 1993) Suponha que num experimento de eletrólise, representado pela figura a seguir, 3 coulombs de carga positiva e 3 coulombs de carga negativa atravessem o plano PP' durante 1 segundo.


A corrente em ampéres indicada pelo amperímetro A será: a) 0. b) 1. c) 2. d) 3. e) 6. 23. (Unesp 1990) Mediante estímulo, 2 × 105 íons de K+ atravessam a membrana de uma célula nervosa em 1,0 mili-segundo. Calcule a intensidade dessa corrente elétrica, sabendo-se que a carga elementar é 1,6 × 10-19

C.

GABARITO

1) a) 3/2 b) 107 V/m c) 1,12.10-11 A 2) A 3) a) 25 mA b) 0,4 mW 4) E 5) C 6) C 7) D 8) C 9) a) 2,9 mm/s b) 0,25 mA 10) E 11) 0,53 A 12) A13) C 14) B 15) C 16) D 17) D 18) D 19) C 20) C 21) a) 21600 C b) 7,92 g 22) E 23) 3,2.1011 A


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