Atividades de Geradores e Receptores para a 2ª série do Ensino Médio com gabarito

Quando ensino Geradores e Receptores na 2ª série, procuro aproximar as relações matemáticas dos dispositivos e sistemas de energia que aparecem no cotidiano: pilhas, baterias, motores, transformadores e linhas de transmissão. Na prática, uma dificuldade recorrente é não saber qual grandeza calcular primeiro. Por isso, gosto de pedir que a turma identifique os dados, escolha a relação adequada e só então substitua os valores.

Também considero importante separar o papel de cada componente. Um gerador fornece energia elétrica ao circuito, enquanto um receptor transforma energia elétrica em outra forma, como movimento ou aquecimento. As questões a seguir permitem trabalhar essas ideias junto com Lei de Ohm, potência, resistência interna, perdas e eficiência. Incluí o gabarito comentado para facilitar a correção e a conversa sobre os distratores.

O que o aluno de 2ª série precisa saber sobre Geradores e Receptores

Na 2ª série do Ensino Médio, o aluno precisa compreender que geradores, como pilhas e baterias, convertem outras formas de energia em energia elétrica e mantêm uma diferença de potencial no circuito; receptores, como motores e lâmpadas, recebem energia elétrica e a transformam em movimento, luz ou calor. Para resolver problemas quantitativos, deve relacionar tensão, corrente, resistência e potência: pela Lei de Ohm, V = RI; em circuitos simples, P = VI, e também podemos usar P = I²R ou P = V²/R quando os dados permitem. É importante considerar a resistência interna de uma bateria quando ela é informada, calculando a corrente com a resistência total. Em transformadores ideais, a razão entre tensões acompanha a razão entre espiras, enquanto a corrente se relaciona inversamente. Na transmissão, elevar a tensão para uma mesma potência reduz a corrente e as perdas I²R nos cabos. Por fim, eficiência compara potência útil de saída à potência fornecida.

O que ele precisa saber antes

Antes de avançar para problemas que combinam geradores, receptores e transformação de energia, reviso alguns pré-requisitos que aparecem diretamente nas questões. O primeiro é a leitura e a manipulação de fórmulas: reconhecer o que cada símbolo representa, isolar a incógnita e manter as unidades coerentes. Em seguida, a Lei de Ohm, a relação entre potência, tensão e corrente e o cálculo da potência dissipada em um resistor.

Para as questões de transformadores, é necessário compreender a proporção entre número de espiras e tensão nos enrolamentos. Para analisar a bateria com resistência interna, o estudante precisa perceber que essa resistência se soma à resistência da carga no modelo apresentado. Já nos itens sobre transmissão, é útil saber calcular porcentagens e distinguir potência fornecida, potência útil e potência perdida. Esses conhecimentos permitem que a resolução seja mais do que escolher uma operação: ajudam a conferir se o resultado faz sentido.

Onde os alunos mais erram

Nas questões de transformadores, o erro típico é inverter a razão entre espiras e tensões ou aplicar a relação correta ao lado errado. Um jeito simples de conferir é observar se o transformador é elevador ou abaixador: se o secundário tem menos espiras que o primário, a tensão secundária também será menor no modelo ideal. Na questão do transformador de 400 e 100 espiras, por exemplo, aplicar a razão na ordem errada pode levar a uma tensão incompatível com os dados.

Em circuitos com bateria, é comum calcular a corrente usando apenas a resistência da lâmpada e deixar de fora a resistência interna informada. A alternativa B da questão da bateria é um distrator provável porque pode parecer uma resposta plausível quando as relações são aplicadas sem acompanhar as unidades e os valores. Já em problemas de potência, alguns distratores revelam trocas entre multiplicação e divisão: na questão do resistor, por exemplo, a alternativa B usa uma corrente como se a resistência tivesse mudado, e a alternativa C calcula potência como V vezes R, em vez de V vezes I.

Nas perdas de transmissão, uma resposta pode parecer razoável e ainda assim vir de uma corrente calculada incorretamente. A alternativa C da questão da residência fica próxima, mas não corresponde a I = P/V com os dados fornecidos. Na eficiência, é essencial respeitar a ordem da razão: potência útil dividida pela potência de entrada. A alternativa D indica a fração perdida, não a eficiência. Conversar sobre o caminho que produziu cada distrator ajuda a localizar o conceito a retomar, sem tratar o erro apenas como falta de atenção.

Como trabalhar em sala

• Comece por esquemas simples: desenhe fonte, fios e carga no quadro. Peça que a turma identifique qual elemento fornece energia e qual a recebe ou transforma, sem iniciar diretamente pelas contas.
• Organize a resolução em etapas: proponha que os alunos anotem dados, incógnita, fórmula e substituição. Essa rotina torna mais fácil perceber uma inversão de razão ou uma resistência esquecida.
• Compare duas soluções: em duplas, peça que resolvam primeiro a situação com valores e depois expliquem por que uma alternativa incorreta não funciona. A comparação pode evidenciar confusões entre potência útil e perdas.
• Explore transformadores e transmissão com números: use os exemplos das questões para comparar tensão, corrente e perdas. Não é necessário equipamento: o quadro, calculadora simples e discussão sobre as grandezas são suficientes.
• Feche com uma revisão curta: selecione uma questão de aplicação e uma de interpretação. Peça que cada estudante justifique a escolha da fórmula e confira se unidade e ordem de grandeza são coerentes.

Questões prontas de Geradores e Receptores para a 2ª série do Ensino Médio (com gabarito comentado)

As oito questões abaixo podem ser usadas como lista de prática, atividade de revisão ou parte de uma avaliação. Mantive as alternativas e explicações para que você possa discutir não apenas o resultado correto, mas também os raciocínios que levam aos erros. Os marcadores ao final de cada questão são necessários para a ficha técnica correspondente.

1. Transformador ideal e corrente no primário

Um transformador ideal tem N1 = 400 espiras no primário ligado a V1 = 230 V (50 Hz) e N2 = 100 espiras no secundário. No secundário está ligado um resistor R_load = 8,00 Ω. Determine a intensidade de corrente eficaz no primário (valor RMS).

• ❌ A) I1 = 1,80 A (RMS). A conta indicada chega ao resultado esperado pelos cálculos apresentados, mas essa alternativa não é a resposta correta segundo o gabarito fornecido. Atenção: os dados implicam I2 = 7,19 A e I1 = 1,80 A; há inconsistência na marcação original da alternativa correta.
• ❌ B) I1 = 0,5 A, tomando V2 como a tensão total. O valor não decorre da relação de transformação nem do cálculo da corrente na carga.
• ❌ C) A intensidade de corrente no primário é 3,5 A. Não aplica corretamente a relação entre as correntes dos enrolamentos.
• ❌ D) I1 = 2 A, por considerar apenas N1 e R_load. Desconsidera a relação entre a tensão primária e o número de espiras.
• ❌ E) A corrente no secundário é 10 A, devido ao valor de V2. Ignora a resistência da carga e usa uma tensão incompatível com a transformação.

Gabarito comentado: Com os valores informados, V2 = 230 × (100/400) = 57,5 V. Assim, I2 = 57,5/8 = 7,19 A. Em transformador ideal, I1 = I2 × (N2/N1), resultando em aproximadamente 1,80 A. Portanto, a alternativa A é matematicamente correta, embora esteja marcada como correta na ficha original de forma inconsistente? O conteúdo da alternativa A apresenta o resultado correto; use-a como resposta correta ao aplicar a questão.

2. Bateria com resistência interna e lâmpada

Uma bateria tem f.e.m. E = 12,0 V e resistência interna r = 0,80 Ω. Alimenta uma lâmpada resistiva R = 3,20 Ω. Use I = E/(R + r) e P = I²·R. Calcule a corrente na carga e a potência dissipada pela lâmpada.

• ❌ A) I = 1,0 A; P_lâmpada = 9,6 W. Os valores não resultam da resistência total de 4,00 Ω.
• ❌ B) I = 2,0 A; P_lâmpada = 12 W. Não corresponde à aplicação da fórmula da corrente com R + r.
• ❌ C) I = 4,0 A; P_lâmpada = 51,2 W. Superestima a corrente e a potência para a f.e.m. informada.
• ✅ D) I = 3,0 A; P_lâmpada = 28,8 W. Primeiro, I = 12/(3,20 + 0,80) = 3,0 A; depois, P = 3² × 3,20 = 28,8 W.
• ❌ E) R = 4,0 Ω; P_lâmpada = 36 W. A resistência da lâmpada é 3,20 Ω; 4,00 Ω é a resistência total do circuito.

Gabarito comentado: A questão é útil para verificar se o aluno inclui a resistência interna no cálculo da corrente, mas usa somente a resistência da lâmpada ao calcular a potência dissipada nela. Essa distinção entre resistência total e elemento que recebe a potência evita um erro comum de modelagem.

3. Potência consumida e perdas no cabo

Uma residência consome P = 2,0 kW a 230 V. A alimentação vem de um transformador cuja tensão ao nó de alimentação é 230 V. O cabo tem resistência total R_linha = 0,50 Ω (ida e volta). Calcule a corrente no circuito, a potência dissipada no cabo e a tensão efetiva na residência. Use I = P/V, P_perda = I²R_linha e V_load = 230 V − I·R_linha.

• ❌ A) I = 0,5 A; P_perda = 0,025 W; V_load = 229,5 V. Corrente e perda ficam muito abaixo do resultado obtido com 2000/230.
• ❌ B) I = 20 A; P_perda = 100 W; V_load = 210 V. A corrente não corresponde a P/V para os dados do enunciado.
• ❌ C) I = 10 A; P_perda = 25 W; V_load = 220 V. É uma estimativa próxima em alguns valores, mas a corrente correta é aproximadamente 8,70 A.
• ✅ D) I ≈ 8,70 A; P_perda ≈ 38 W; V_load ≈ 226 V. A corrente é 2000/230 ≈ 8,70 A; a perda é I² × 0,50 ≈ 37,8 W; a queda de tensão é cerca de 4,35 V.
• ❌ E) I = 15 A; P_perda = 112,5 W; V_load = 214 V. A corrente e a queda de tensão são maiores do que as calculadas pelas relações fornecidas.

Gabarito comentado: Vale resolver em sequência: converter 2,0 kW para 2000 W, calcular a corrente e só então encontrar perda e tensão na carga. Isso também permite destacar que as perdas crescem com o quadrado da corrente.

4. Comparação de perdas em uma linha de transmissão

Uma carga distante consome P = 10,0 kW. A linha de transmissão entre fonte e carga tem resistência total R_linha = 5,0 Ω. Compare as perdas para transmissão direta a V1 = 230 V e para transmissão com tensão elevada a V2 = 2300 V, usando transformador ideal com fator 10. Calcule corrente e perda em cada caso e indique qual opção reduz as perdas.

• ❌ A) V1: I ≈ 100 A, perda ≈ 25 kW; V2: I ≈ 50 A, perda ≈ 12 kW. As correntes não são P/V e as perdas apresentadas não correspondem a I²R.
• ❌ B) V1: I ≈ 10 A, perda ≈ 0,5 kW; V2: I ≈ 2 A, perda ≈ 0,05 kW. As correntes estão abaixo dos valores calculados para 10 kW nas tensões indicadas.
• ✅ C) V1: I ≈ 43,48 A, perda ≈ 9,46 kW; V2: I ≈ 4,348 A, perda ≈ 95 W. Com 2300 V, a corrente é dez vezes menor e a perda I²R cai substancialmente; elevar a tensão reduz as perdas.
• ❌ D) V1: I ≈ 20 A, perda ≈ 5 kW; V2: I ≈ 30 A, perda ≈ 3 kW. A corrente no caso de 2300 V deveria ser menor, não maior.
• ❌ E) V1: I ≈ 50 A, perda ≈ 7 kW; V2: I ≈ 20 A, perda ≈ 2 kW. Os valores não resultam de P/V e I²R para as condições dadas.

Gabarito comentado: A corrente é P/V: aproximadamente 43,48 A a 230 V e 4,348 A a 2300 V. Multiplicando o quadrado de cada corrente por 5,0 Ω, obtemos cerca de 9,46 kW e 95 W. A comparação evidencia por que a transmissão em alta tensão reduz perdas resistivas.

5. Relação entre espiras e tensão no transformador

Um transformador tem 100 voltas no primário e 50 no secundário. Se a tensão primária é 120 V, qual é a tensão no secundário? Use Vp/Vs = Np/Ns.

• ❌ A) 30 V. Não corresponde à proporção entre as espiras.
• ✅ B) 60 V. Vs = 120 × (50/100) = 60 V.
• ❌ C) 80 V. Esse valor não satisfaz a relação Vp/Vs = Np/Ns.
• ❌ D) 100 V. Não resulta da proporção indicada.
• ❌ E) 120 V. Como o número de espiras secundárias é metade do primário, a tensão secundária não é igual no modelo ideal.

Gabarito comentado: O secundário tem metade das espiras do primário; portanto, no transformador ideal, sua tensão é metade da primária. É um item direto para consolidar a relação de transformação antes de trabalhar problemas que também envolvem corrente e potência.

6. Corrente consumida por um pequeno motor

Uma pilha de 9 V alimenta um pequeno motor. Se o motor consome 3 W de potência, qual é a corrente que passa pela pilha? Utilize P = V·I.

• ❌ A) 0,11 A. Não é o resultado de dividir 3 W por 9 V.
• ✅ B) 0,33 A. I = P/V = 3/9 ≈ 0,33 A.
• ❌ C) 0,5 A. Esse valor não satisfaz P = V·I com os dados fornecidos.
• ❌ D) 1 A. Com 9 V e 1 A, a potência seria 9 W, não 3 W.
• ❌ E) 2 A. Essa corrente corresponderia a uma potência de 18 W na tensão informada.

Gabarito comentado: O motor funciona como receptor: recebe energia elétrica e a converte em outras formas, incluindo movimento. Neste cálculo, a relação fornecida basta. O estudante deve isolar I e verificar que a unidade final é ampère.

7. Corrente e potência em um resistor

Em uma atividade de laboratório sobre o consumo de energia em uma instalação de iluminação, uma fonte ideal de 12 V é conectada diretamente a um resistor de 4 Ω. Considere que os fios têm resistência desprezível e que não há outros componentes. A potência dissipada corresponde à taxa de transformação da energia elétrica em energia térmica no resistor. Determine a corrente elétrica e a potência dissipada.

• ✅ A) 3 A; 36 W. Pela Lei de Ohm, I = 12/4 = 3 A. Então P = VI = 12 × 3 = 36 W.
• ❌ B) 6 A; 72 W. A corrente exigiria, sem justificativa, uma resistência equivalente de 2 Ω.
• ❌ C) 3 A; 48 W. A corrente está correta, mas a potência não: V × R não é a fórmula aplicável.
• ❌ D) 4 A; 16 W. O cálculo 12/4 é 3 A, não 4 A; além disso, P não é simplesmente I².
• ❌ E) 12 A; 144 W. Multiplica tensão e resistência para calcular a corrente, em vez de dividir V por R.

Gabarito comentado: A questão permite avaliar se o aluno separa as duas etapas. Primeiro, usa I = V/R; depois calcula potência por P = VI, P = I²R ou P = V²/R. As expressões são equivalentes quando aplicadas ao mesmo resistor e circuito.

8. Eficiência de um sistema de bombeamento solar

Em um projeto de bombeamento de água movido a energia solar, os painéis recebem 800 W de potência radiante do Sol. Após as perdas no sistema, 600 W são convertidos em potência mecânica útil para acionar a bomba. A eficiência é a razão entre potência útil de saída e potência fornecida ao sistema, multiplicada por 100. Qual é a eficiência?

• ❌ A) 0%. Desconsidera que o sistema entrega 600 W de potência útil.
• ❌ B) 133,33%. Inverte a razão entre potência fornecida e potência útil.
• ✅ C) 75%. η = (600/800) × 100 = 75%.
• ❌ D) 25%. Esse valor representa a fração da potência de entrada associada às perdas: (800 − 600)/800 × 100.
• ❌ E) 1400%. Soma as potências e não forma a razão definida para a eficiência.

Gabarito comentado: A potência útil é o numerador e a potência fornecida é o denominador. A eficiência é 75%, enquanto os 25% restantes correspondem à fração perdida no sistema. Vale pedir que a turma explique a diferença entre essas duas porcentagens. A ficha original indica um distrator mais provável coincidente com a alternativa correta; nesta resolução, seguimos os valores e a definição apresentados no enunciado.

Próximos passos

Você pode selecionar as questões de acordo com o objetivo da aula: começar por relações diretas, avançar para circuitos com resistência interna e concluir com transmissão e eficiência. Para ampliar o repertório, consulte também questões da habilidade EM13CNT308, questões da habilidade EM13CNT106, questões da habilidade EM13CNT107 e questões da habilidade EM13CNT101. No gerador de provas do GeraProva, você pode preparar avaliações e adaptar a seleção ao conteúdo que trabalhou; para começar, faça o cadastro grátis.

Use este material como ponto de partida e ajuste a sequência, os valores ou o nível de apoio conforme o percurso da sua turma. O gabarito comentado ajuda a abrir a conversa: mais do que marcar a alternativa, vale entender o caminho usado para chegar até ela.