Eletrodinâmica III. Geradores, Receptores Ideais e Medidores Elétricos. Aula 6 - PDF
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Stella Alvarenga Belmonte
1 Aula 6 Eletrodiâmica III Geradores, Receptores Ideais e Medidores Elétricos setido arbitrário. A ddp obtida deve ser IGUAL a ZERO, pois os potos de partida e chegada são os mesmos!!! Gerador Ideal Todo o elemeto que têm como fução trasformar eergia ão-elétrica em eergia elétrica é chamado de GERADOR. Receptor Ideal É todo o elemeto que tem como fução trasformar eergia elétrica em eergia ão-elétrica. Circuitos elétricos simples Lei de Ohm- Pouillet Um circuito simples é aquele que apreseta somete uma úica malha: U ab R1. i 10 + R. i + + R3. i Etão: Para determiarmos a tesão de A até B, basta: 1-Se a correte passar por algum resistor, basta multiplicar o valor do resistor pela correte, -Passado por um gerador ou receptor, basta somarmos a tesão com o sial que a correte está chegado. Quado o setido e o valor da correte em um circuito elétrico simples são descohecidos, devemos aplicar a Lei de Ohm-Pouillet, partido de um poto qualquer, dado uma volta completa o circuito em um Medidores Elétricos São istrumetos utilizados para realizar medições em circuitos elétricos, em sua maioria eles alteram o valor da gradeza, o osso caso utilizaremos medidores que ão causarão efeitos o circuito, eles serão chamados de medidores ideais. Ou seja, um medidor ideal é aquele que quado itroduzido o circuito ão altera suas codições. Amperímetros ideais: São destiados a medir correte elétrica, devem ser ligados em série e tem resistêcia itera ula. oltímetros ideais: São istrumetos destiados a medir tesão etre dois potos de um circuito, devem ser ligados em paralelo e tem resistêcia itera ifiita. Abaixo temos dois circuitos que ilustram bem a utilização dos medidores:
2 1-) Abaixo temos algus exercícios de aplicação: Todos os circuitos acima também servem como exercício: -) 3-) Determie a tesão etre os potos X e Y do circuito esquematizado e os poteciais x e y. Abaixo, temos uma cofiguração de circuito deomiada Pote de Wheatstoe. Ela está a maioria dos casos em EQUILíBRIO DE TENSÕES. Etão podemos escrever: 4-) No circuito, quado a chave K está a posição abaixo, a idicação do amperímetro ideal é de A. Calcule o valor de r e a leitura do amperímetro para a chave K a posição para baixo. Como o Galvaômetro, ão é percorrido por correte podemos escrever: 5. X 8.10 GABARITO: 1-) IA, U56; -) 66,7, I 1,8A, I 5,6A; 3-) x18 e y8; 4-) r5.
3 Aula 7 P E t Eletrodiâmica I Potêcia elétrica e cálculo da cota de eergia Quado um elemeto do circuito está em fucioameto, ou seja, está sedo percorrido por correte elétrica, ocorre uma trasformação etre formas diferetes de eergia. O coceito de potêcia é extremamete útil, pois mede a rapidez com que essa eergia é trasformada. Portato podemos escrever potêcia assim: Ou seja, a razão da potêcia trasformada, pelo tempo gasto pela trasformação. Para um aparelho elétrico, sujeito a uma tesão U e percorrido por uma correte elétrica i temos: P U. i Ou seja, a potêcia é proporcioal ao produto da tesão U pela correte i. No sistema iteracioal a uidade de potêcia é o Watt(W). Uma vez que a eergia trasformada por um aparelho pode ser obtida de E P. t Medimos a potêcia em Quilowatts.hora.(1000W/1h) 1 Quilowatt/hora é a eergia trasformada por um aparelho que opera com uma potêcia costate de 1000 Watts durate 1 hora de fucioameto. Existem duas outras maeiras de escrevermos potêcia: e P R.i U P R 1-) Um chuveiro elétrico de 4400W e 0 está coveietemete ligado sob tesão de 0. Determie: a-) O valor da correte elétrica que o atravessa. b-) Sua resistêcia elétrica c-) A eergia elétrica em calorias dissipada por esse chuveiro, em um itervalo de tempo de 10s cosidere 1 cal4j e que 1J/s1W -) Um aquecedor elétrico de 600W e 0 opera utilizado um resistor de fio. Qual a potêcia dissipada por esse aparelho, quado ligado em uma tesão costate de 110? 3-) O que ocorre com a resistêcia elétrica de um chuveiro ao mudarmos a chave da posição verão para a posição ivero? Justifique. 4-) Na tabela a seguir temos uma lista de aparelhos elétricos de uma residêcia, bem como suas potêcias médias e tempos médios de fucioameto por dia. Preecha a tabela e calcule o valor da cota de eletricidade dessa residêcia em 30 dias, admitido que é cobrado R$0,0 por Quilowatt-hora, em média. Aparelho Qtdade Potêcia(W) Tempo(h) EergiaW.h) Lâmpada 5 60 Lâmpada Chuveiro erro ,5 Total Diário 5-) Um chuveiro é ligado a uma rede elétrica de 0, puxado uma correte de 1ª. Supodo que o fluxo de água é de litros por miuto e desprezado qualquer tipo de perda de eergia, qual a variação a temperatura da água. Dados: Calor específico da água1cal/(gºc); 1cal4J. 6-) Um aquecedor elétrico é formado por um fio de cobre de resistêcia R50 ohms, ligado a um gerador de tesão costate U100. O fio está imerso a água cotida um recipiete de 0 Litros de capacidade, termicamete isolado. É dado calor específico da água c4,18j/(gºc) a-) determie o tempo ecessário para aquecer a água desde 0ºC até 80ºC b-) Calcule a quatidade de calor recebida pela água Gabarito:1- a)0ª, b)11ohms, c)1, cal ; - 150W ; 3- dimiue ; 4- R$ 45,00 ; 5-19,8 ºC ; 6- a)34h50mi, b)1,.10 6 cal.
4 Aula 8 Óptica Geométrica Coceitos Itrodutórios, Pricípios udametais e Leis de Reflexão e Refração. Na parte itrodutória iremos eteder como a luz é capaz de sesibilizar ossa visão. Para vermos, portato, é ecessário que algo atue como fote de luz. Classificam-se as fotes em: otes primárias (corpos lumiosos): São aquelas que ão depedem de outra fote de luz pra serem vistas, isto é, tem luz própria. Ex:Sol otes secudárias (corpos ilumiados): São aqueles que emitem apeas luz recebida de outros corpos. Só se toram visiveis a preseça de tais corpos. Ex: Lua. Coforme a sua coposição a luz pode ser moocromática, ou polocromática. A óptica geométrica estuda a luz utilizado-se basicamete de oções de geometria: o poto e a reta. Portato, um raio de luz será uma liha orietada que represeta a direção e o setido da propagação da luz. Um cojuto de raios de luz costitui um feixe, ou picel de luz: Temos acima uma represetação dos três tipos de raios. Pricipio da propagação retilíea Em meios trasparetes, homogêeos e isotrópicos, a luz se propaga em liha reta Pricipio de idepedêcia dos raios Quado dois raios se cruzam, cotiuam a ter após o cruzameto as mesmas propriedades ateriores, em particular, a mesma direção. Pricipio da Reversibilidade A trajetória de um raio de luz ão depede do seu setido. Isto é, a luz, que segue um certo camiho para ir de A para B, fará o mesmo camiho pra ir de B para A. Reflexão da Luz Cosideremos uma superfície S separado dois meios. Um raio de luz que se propaga em um dos meios icide em S e retora a esse mesmo meio. Nessas codições dizemos que houve reflexão da luz.
5 Leis da Reflexão 1º Lei: o raio icidete (I), a ormal ao poto de icidecia (N) e o raio refletido(r) são coplaares (pertecem ao mesmo plao, deomiado plao de icidêcia). º Lei: O âgulo de icidêcia (i) e o âgulo de reflexão (r) têm mesma medida. i r Estudaremos apeas a reflexão sobre superfícies plaas, ou seja, a reflexão regular. Para determiarmoso camiho que a luz percorre de um objeto a um observador, passado pelo espelho, basta seguir os passos apresetados abaixo: Comparado os resultados ateriores, podemos defiir ídices de refração relativos etre dois meios( 1, ): c 1. v1 1, 1 e v v c.v 1 Os ídices de refração são sempre gradezas adimesioais, (ão tem uidades). Exercícios: 1-) Um muro de,0m de altura produz uma sombra de 60 cm. No mesmo istate, um prédio produz uma sombra de 15m. Determie a altura do prédio. -) O âgulo etre o raio de luz icidete e o refletido por uma superfície polida S vale 7º. Calcule o âgulo de icidêcia. 3-) Obter a figura o raio de luz que parte de P, reflete o espelho plao E e atige o olho do observador O. Refração da Luz Ídice de refração: No vácuo, a velocidade da luz é a maior possível e costate, sedo seu valor c300000km/s. Em qualquer outro meio, homogêeo, isotrópico e trasparete, a velocidade da luz também será costate, porém meor que c. Chamamos ídice de refração absoluto de um meio a razão etre a velocidade c e a velocidade da luz o meio. Para dois meio, idetificados por 1 e, podemos escrever: c c 1 v1 v 4-) Uma pessoa de altura H acha-se defrote a um espelho plao vertical. Sedo h a distâcia do olho do observador ao solo, determie: a) A meor altura desse espelho para que o observador possa ver-se de corpo iteiro. b) A distâcia que a borda iferior do espelho está do solo c) A altura do espelho e sua distâcia do solo depedem da distâcia do observador ao espelho? Gabarito: 1-)50m ; -)i36º ; 4-) a) x H, b) y h, c) Não
6 Aula 9 Óptica Geométrica II Leis da Refração, Reflexão total e Dioptro. se ( L) 1 ode <1 Dizemos que ocorre refração quado a luz proveiete de um meio 1 icide sobre a superfície de separação com um meio, e é, pelo meos parcialmete, trasmitida para o meio dois, sofredo mudaça de velocidade. 1ºLei: O raio icidete (I), a ormal (N) o poto de icidêcia (P) e o raio refratado(r) são coplaares. º Lei: Lei de Sell_Descartes: Para cada par de meios e para cada luz moocromática, é costate a relação etre o seo do âgulo de icidêcia e o seo do âgulo de refração. Portato: 1. se ( i1 ). se ( i ) Quado um raio de luz passa do meio mais refrigete, (com idice de refração maior), para um meio meos refrigete, ocorre um afastameto da ormal. O âgulo limite de icidêcia e a reflexão total ocorrem somete o meio mais refrigete. O poder refletor de uma superfície a qual ocorre uma reflexão total é sempre muito elevado, da ordem de 95%. Dioptro Plao É todo sistema formado por dois meios, homogêeos e trasparetes, separados por uma superfície S plaa deomiada froteira. Como exemplo podemos citar o ar e a água de uma piscia. Para pequeos âgulos de icidêcia, isto é, quado o objeto é observado em icidêcia praticamete ormal vale a equação: observador p objeto p Em que: p distâcia do objeto à superfície pdistâcia da imagem à superfície Exercícios: 1-) O ídice de refração absoluto de um meio é 3/ para determiada luz moocromática. Qual a velocidade da luz esse meio? -) A luz, ao passar do ar para a água, tem sua velocidade dimiuída de 5%. Qual o ídice de refração de água? 3-)Uma radiação moocromática icide superfície S que separa dois meios ordiários. Determiar em cada caso o raio de luz refratado: Ao aumetarmos i 1, i também aumeta. Quado i 1 L, o raio refratado sairá tagete à superfície de separação, i 90º. Para i 1 >L ão haverá mais raio refratado e toda a luz retorará para o meio de icidêcia. Esse feômeo é chamado de reflexão total e L é o âgulo limite de icidêcia. 1. se( i1 ). se( i ) i 90º se(i )1 i 1 L se(i 1 )se L ; e substituido: Gabarito: 1-).10 8 m/s ; -) 4/3 ;3)60º
7 Aula 10 Óptica Geométrica III Sistemas Ópticos e Esféricos (Espelhos e Letes) Um sistema óptico esférico é aquele em que pelo meos uma das superfícies de separação etre ele e o meio é esférica. Se a superfície esférica for refletora teremos um espelho esférico. Se a superfície esférica for refratora teremos um dioptro esférico. amos utilizar as seguites represetações para espelhos esféricos: C Se um raio de luz icidir o vértice do espelho, o raio refletido é simétrico em relação ao eixo pricipal. C Se um raio de luz icidir passado pelo cetro de curvatura, o raio é refletido sobre si mesmo. C Raios particulares: C Se um raio de luz icidir paralelamete ao eixo pricipal, o raio refletido passa pelo foco pricipal. C C C -O cojuto dessas três regras os dá a as características da imagem: Real ou virtual: Se forma a frete ou atrás do espelho Meor ou maior Direita ou ivertida Dica: o espelho covexo a imagem formada é SEMPRE: irtual Meor e Direita
8 Com as letes o processo é bastate semelhate: Exercícios: 1-)Obter as características da imagem do objeto forecida pelos seguites sistemas ópticos esféricos, em cada um dos casos a seguir. a-) C b-) C c-) As letes esféricas também têm seus raios particulares, (desehados acima): Se um raio de luz icidir paralelamete ao eixo pricipal, emerge passado pelo foco. Se um raio de luz icidir passado pela origem, emerge sem sofrer desvio. Se um raio de luz icidir passado pelo foco emerge paralelamete ao eixo pricipal. -O cojuto dessas três regras os dá a as características da imagem: Real ou virtual: Se forma atrás ou a frete da lete Meor ou maior Direita ou ivertida d-) Dica: a lete covergete as características são sempre: irtual, Meor, Direita