Telecurso 2000. Física Completo. - 43 - Física_ensino_médio
Telecurso 2000. Física Completo. - 43
Figura 1. Um amperímetro colocado num trecho de circuito.
AULA VoltímetroVoltímetroVoltímetroVoltímetroVoltímetro
Um voltímetro Ø um "medidor de volts", ou seja, um medidor de diferença de potencial. Costuma-se simbolizar o voltímetro com um V maiœsculo colocado num círculo. Para medir a diferença de potencial entre dois pontos de um circuito, o voltímetro deve ser ligado a esses dois pontos sempre em paralelo com o trecho de circuito. Veja a Figura 12.
Para que a interferŒncia do voltímetro no circuito seja mínima, Ø preciso que ele desvie a menor corrente possível do circuito. Isso porque ele tambØm funciona (Ø acionado) por uma parcela da corrente elØtrica que atravessa o trecho de circuito em que estÆ inserido. Essa parcela de corrente só aparece quando o voltímetro Ø colocado. Por isso, ela deve ser muito pequena. Para tanto, a resistŒncia interna do voltímetro deve ser muito grande, ao contrÆrio do que ocorre com o amperímetro. Um voltímetro ideal teria uma resistŒncia interna infinita.
Soluçªo:
Como o circuito Ø um circuito simples, a leitura do amperímetro Ø a corrente elØtrica i que passa pelo circuito. Aplicando a equaçªo do circuito, obtemos:
S e - S e'- S (R + r + r') · i = 0
4,0 - 25 · i = 0 Þ 25 i = 4 i = 0,16 A
A leitura do voltímetro Ø a diferença de potencial entre os pontos A e B aos quais ele estÆ ligado. Aplicando a expressªo da generalizaçªo da lei de Ohm a esses pontos, obtemos:
VB - VA = S e - S e'- S (R + r + r') · i VB - VA = e - (R1 + r) · i VB - VA = 6,0 - (1 + 1,5) · 0,16 VB - VA = 6,0 - 2,0 VB - VA = 4,0 V
Portanto, a leitura do amperímetro Ø 0,16 A e a do voltímetro Ø 4,0 V.
Figura 12. Um voltímetro colocado num trecho de circuito. Figura 13
AULAOs circuitos que acabamos de estudar sªo bem mais simples que os circuitos de nossas casas. É importante notar que, nos circuitos elØtricos de nossas casas,
nªo existe o gerador - ele estÆ, às vezes, a dezenas ou centenas de quilômetros de distância, numa usina hidrelØtrica, por exemplo. Nós temos acesso a esse grande gerador por meio das redes de distribuiçªo de energia elØtrica; elas podem ser consideradas macrocircuitos aos quais os nossos circuitos caseiros estªo ligados.
As tomadas elØtricas fixadas nas paredes sªo terminais desses grandes geradores. É por essa razªo que os curtos-circuitos sªo tªo perigosos. AlØm das diferenças de potencial serem altas - 110 V, 127 V ou 220 V -, a potŒncia de tais geradores Ø muito grande, possibilitando o aparecimento de correntes elØtricas tambØm muito altas.
Isso explica, enfim, aquela providŒncia dramÆtica tomada por Roberto, descrita no início da Aula 40, quando o chuveiro pifou: "Enquanto alguØm toma banho, desliga-se a televisªo!" Lembre-se, de novo, da relaçªo entre potŒncia, diferença de potencial e corrente, P = V · i. A corrente elØtrica que percorre um circuito Ø, portanto, i = P ' V. Suponha que a diferença de potencial da casa seja 110 V, que o chuveiro tenha potŒncia de 3.300 watts e que a televisªo tenha potŒncia de 440 watts. Suponha, ainda, que a tomada da televisªo esteja no mesmo circuito do chuveiro. E que, para proteger esse circuito, foi instalado um fusível de 30 ampŁres.
Quando só o chuveiro estÆ ligado, a corrente elØtrica do circuito serÆ:
i P iichuveiro=⇒ = ⇒ = 3
30A .300
Como vocŒ vŒ, esse Ø o valor-limite da corrente que o fusível suporta sem queimar. Como esse valor nªo foi ultrapassado, o fusível nªo queima. Se, no entanto, a televisªo for ligada, a corrente vai aumentar. Veja:
Esse valor supera a mÆxima corrente que o fusível suporta. Por isso, o fusível queima.
VocŒ pode estar pensando: por que Roberto nªo instalou um fusível mais forte, de 40 ampŁres, por exemplo? Nªo seria uma soluçªo mais inteligente? Na realidade, seria uma soluçªo, mas muito mais perigosa que inteligente!
Os fusíveis sªo dimensionados de acordo com os fios utilizados na instalaçªo (que, por sua vez, devem levar em conta os aparelhos elØtricos que vªo ser ligados nessa instalaçªo). Se o eletricista colocou fusíveis de 30 ampŁres Ø porque, acima dessa corrente, os fios vªo se aquecer demais, suas capas de plÆstico podem derreter e eles podem perder a isolaçªo. Nesse caso, o risco de um curto-circuito, e de todas as suas conseqüŒncias desastrosas, Ø muito grande. A melhor soluçªo, nesses casos, Ø refazer toda a instalaçªo - substituir a fiaçªo, separar o circuito do chuveiro dos demais circuitos da casa e, se possível, ligÆ-lo em 220 volts.
i = 30A
Pchuveiro + PtelevisªoV i =Þ i = 3.300 + 440110
Þ i = 34A
AULASe vocŒ refizer os nossos cÆlculos com a diferença de potencial de 220 volts em vez de 110 volts, vai notar que, só com o chuveiro, a corrente elØtrica seria de
apenas 15 ampŁres. Com o chuveiro e a televisªo, ela seria de 17 ampŁres. Sªo valores bem menores, que permitem a utilizaçªo de uma fiaçªo mais leve e barata e, principalmente, menos sujeita a curtos-circuitos. Mas Ø preciso lembrar que a tensªo de 220 volts Ø mais perigosa para as pessoas. Por isso, a instalaçªo elØtrica com tensªo de 220 voltas deve ser muito bem feita. Como vocŒ viu, a teoria dos circuitos elØtricos atØ que nªo Ø muito complicada, mas instalaçªo elØtrica Ø coisa muito sØria. Nªo Ø para amadores e curiosos.
Nesta aula vocŒ aprendeu: •o que sªo circuitos elØtricos e como equacionÆ-los matematicamente;
•a generalizaçªo da lei de Ohm para circuitos elØtricos;
•como se associam os geradores, formando as baterias;
•outros elementos de um circuito: chaves e fusíveis;
•o que sªo medidores elØtricos e como utilizÆ-los num circuito.
Uma calculadora tem uma potŒncia de 450 microwatts (450 · 10-6 watts) e sua bateria fornece uma tensªo de 3,0 volts. Desprezando a resistŒncia interna da bateria, determine a corrente elØtrica total que percorre seus circuitos.
No circuito representado na Figura 14, temos um gerador de fem e = 6,0 V e resistŒncia interna r = 1,0 W, um motor de fcem e' = 4,5 V e resistŒncia interna r'= 2,0 W e dois resistores em sØrie, R1 = 9,0 W e R2 = 3,0 W. Determine a corrente que percorre esse circuito.
AULAExercício 3Exercício 3Exercício 3Exercício 3Exercício 3 No circuito da Figura 15, o
gerador tem fem e = 6,0 V e resistŒncia interna r = 1,5 W. Nªo hÆ receptor. Os resistores valem R1 = 4,0 W, R2 = 6,0 W e
vessa o gerador.
A Figura 16 representa um trecho AB de um circuito elØtrico percorrido por uma corrente i = 0,5 A. Nesse trecho existem um gerador de fem e = 2,5 V e resistŒncia interna r = 0,5 W, um receptor de fcem e' = 12 V e resistŒncia interna r' = 2,5 W e um resistor de resistŒncia R = 5,5 W. Determine a diferença de potencial entre os pontos A e B.
Um chuveiro elØtrico tem os seguintes valores nominais: 220 V/3.300 W. Em geral, os eletricistas colocam o chuveiro num circuito separado dos demais circuitos da casa, instalando um fusível ou disjuntor adequado a esse circuito. Qual deve ser a especificaçªo (corrente elØtrica) desse fusível ou disjuntor?
Suponha que a diferença de potencial de uma casa seja 110 V, que o chuveiro tenha uma potŒncia de 4.400 watts e a televisªo, de 440 watts. Suponha, ainda, que a tomada da televisªo esteja no mesmo circuito do chuveiro. Qual deve ser a especificaçªo de um fusível para esse circuito?
No circuito da Figura 17, determine as leituras do amperímetro e do voltímetro. Suponha que eles sªo ideais, isto Ø, nªo interferem no circuito.