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CAPACITORES, GERADORES E RECEPTORES O que você deve saber sobre Além de resistores, os circuitos elétricos apresentam dispositivos para gerar energia potencial.

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1 CAPACITORES, GERADORES E RECEPTORES O que você deve saber sobre Além de resistores, os circuitos elétricos apresentam dispositivos para gerar energia potencial elétrica a partir de outros componentes (geradores), armazenar cargas, interromper temporariamente o fluxo da corrente (capacitores) e transformar a energia elétrica em trabalho útil (receptores). Neste tópico, vamos revisar conceitos relativos a esses dispositivos, assim como aos circuitos de múltiplas malhas, para os quais são necessárias as leis de Kirchhoff.

2 CAPACITORES, GERADORES E RECEPTORES I. Capacitores São pares de condutores, denominados armaduras e eletrizados por indução. Uma armadura tem a mesma quantidade de cargas da outra, mas de sinais opostos. Capacitores eletrolíticos de alumínio. As armaduras são dois cilindros de raios diferentes, mas de mesmo eixo. Entre os cilindros, há uma camada de material dielétrico. DAVID J. GREEN -ELECTRICAL/ALAMY/ OTHER IMAGES

3 Capacitor plano Permissividade absoluta do vácuo: a constante ε 0, que vale 8, F/m. O capacitor plano se torna mais eficiente quando a distância entre as placas é bem pequena, e a área de cada armadura é grande. I. Capacitores CAPACITORES, GERADORES E RECEPTORES

4 Associação de capacitores Na associação em série, as ddps se somam, e a carga armazenada em todos os capacitores é a mesma. I. Capacitores CAPACITORES, GERADORES E RECEPTORES

5 Na associação em paralelo, as cargas se somam, e a ddp é a mesma em todos os capacitores. CAPACITORES, GERADORES E RECEPTORES I. Capacitores Associação de capacitores

6 Energia potencial armazenada no capacitor A energia potencial pode ser determinada pelas diferentes relações entre a carga Q, a capacitância C e a tensão U. CAPACITORES, GERADORES E RECEPTORES I. Capacitores

7 II. Geradores Convertem energia elétrica em qualquer outro tipo de energia. Elevam o potencial elétrico das cargas que entram num circuito pelo polo negativo e saem pelo polo positivo. CAPACITORES, GERADORES E RECEPTORES A potência total de entrada sofre uma perda. O restante é aproveitado pelo circuito como potência útil. Equação do gerador: A razão entre a potência útil e a total nos dá o rendimento do gerador: Um gerador ideal teria resistência interna nula: U = E e h = 100%.

8 Associação de geradores Em série: a corrente que percorre todos os geradores da associação é a mesma; a fem equivalente é a soma das individuais. Em paralelo: só é eficiente se todos os geradores forem idênticos; a corrente total se dividirá em partes iguais, mantendo-se a fem constante. II. Geradores CAPACITORES, GERADORES E RECEPTORES

9 III. Receptores Equação do receptor Rendimento do receptor CAPACITORES, GERADORES E RECEPTORES

10 IV. Leis de Kirchhoff Necessárias para a obtenção de correntes em circuitos com diversas malhas Refletem a conservação de energia e a conservação de cargas elétricas no interior do circuito. CAPACITORES, GERADORES E RECEPTORES A soma das correntes que chegam a um nó (I 1 e I 2 ) deve ser igual à soma das correntes que dele saem (I 3, I 4 e I 5 ). Lei dos nós:

11 Lei das malhas A soma das ddps deve ser nula. Na lei das malhas, escolhemos arbitrariamente sentidos para as correntes em cada ramo do circuito e sentidos de percurso em cada malha. Ao lado, sentido anti-horário em ambas as malhas. IV. Leis de Kirchhoff No circuito de duas malhas acima: Lei dos nós, no ponto B: i 2 = i 1 + i 3 CAPACITORES, GERADORES E RECEPTORES

12 (Unifal-MG) Os circuitos a seguir são formados por capacitores idênticos, associados de diferentes formas, conforme figura. Esses circuitos, designados por A, B e C, são todos submetidos à mesma diferença de potencial V. 1 CAPACITORES, GERADORES E RECEPTORES – NO VESTIBULAR EXERC Í CIOS ESSENCIAIS RESPOSTA: A Considerando que U A, U B e U C são respectivamente as energias totais dos circuitos A, B e C, pode-se afirmar que: a) U C > U A > U B. b) U A > U C > U B. c) U A > U C < U B. d) U C U A.

13 (Cefet-CE) Um capacitor de placas paralelas é carregado com uma carga elétrica q. A área das placas e a distância entre elas valem, respectivamente, A e d. O meio entre as placas é o vácuo, cuja permissividade elétrica vale ε 0. a) Calcule a energia potencial elétrica, armazenada no campo elétrico entre as placas na situação da figura 1. 3 EXERC Í CIOS ESSENCIAIS RESPOSTA: CAPACITORES, GERADORES E RECEPTORES – NO VESTIBULAR

14 b) Mantendo uma das placas fixa, calcule o trabalho da força elétrica sobre a outra, para juntá-las completamente, conforme a figura 2 do eslaide anterior. c) Calcule o valor da força elétrica constante que a placa negativa exerce sobre a placa positiva. 3 EXERC Í CIOS ESSENCIAIS RESPOSTA: CAPACITORES, GERADORES E RECEPTORES – NO VESTIBULAR Obs.: os valores ao lado devem ser expressos em função de ε 0, q, d e A. Lembre-se de que a capacitância de um capacitor de placas paralelas, no vácuo, vale. o A d

15 (UFJF-MG) Nos dois circuitos ao lado, as quatro baterias são idênticas, assim como as duas lâmpadas. Comparando o brilho das lâmpadas nos dois circuitos, assinale a alternativa correta sobre qual delas brilha mais. a) A lâmpada do circuito 1, porque as duas baterias em série fornecem voltagem menor que uma única bateria. b) A lâmpada do circuito 1, porque as duas baterias em série fornecem voltagem maior que uma única bateria. c) A lâmpada do circuito 2, porque as duas baterias em paralelo fornecem voltagem menor que uma única bateria. d) A lâmpada do circuito 2, porque as duas baterias em paralelo fornecem voltagem maior que uma única bateria. e) Ambas brilham igualmente. RESPOSTA: B Supondo as baterias ideais, no circuito 1 a fem é 2E; portanto, a corrente também dobra para 2i, para a mesma resistência. No circuito 2, a fem é igual a E, e a corrente vale i. Como o brilho depende da corrente que circula pela lâmpada, a lâmpada que brilhará mais é a do circuito 1. 5 EXERC Í CIOS ESSENCIAIS CAPACITORES, GERADORES E RECEPTORES – NO VESTIBULAR

16 (Uesc-BA) Considere um circuito elétrico constituído por duas baterias de forças eletromotrizes ε 1 = 20,0 V e ε 2 = 8,0 V e de resistências internas iguais a 1,0 Ω, um resistor de resistência elétrica igual a 10,0 Ω, um amperímetro ideal A e um voltímetro ideal V. Nessas condições, as leituras no amperímetro e no voltímetro são, respectivamente, iguais a: a) 2,4 A e 28,0 V. b) 2,0 A e 18,0 V. c) 1,2 A e 20,0 V. d) 1,0 A e 19,0 V. e) 0,8 A e 8,0 V. 7 EXERC Í CIOS ESSENCIAIS RESPOSTA: D CAPACITORES, GERADORES E RECEPTORES – NO VESTIBULAR

17 (UFC-CE) Considere o circuito da figura a seguir. 14 EXERC Í CIOS ESSENCIAIS CAPACITORES, GERADORES E RECEPTORES – NO VESTIBULAR

18 a) Utilize as leis de Kirchhoff para encontrar as correntes I 1, I 2 e I 3. b) Encontre a diferença de potencial V A - V B. 14 EXERC Í CIOS ESSENCIAIS RESPOSTA: CAPACITORES, GERADORES E RECEPTORES – NO VESTIBULAR RESPOSTA: Lei dos nós no ponto A: I 1 + I 2 = I 3 Percorrendo a malha esquerda no sentido horário a partir do ponto A, temos: 6 - 4I 2 + 2I = 0 E a malha direita no sentido horário, a partir do ponto A:


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