Uma bateria tem fem E = 12,0 V e resistência interna r = 0,50 O. Está ligada a um motor que drena I = 10,0 A…
Publicado por Alexandre Lombardi dos Santos, fundador do GeraProva
Realizar previsões qualitativas e quantitativas sobre o funcionamento de geradores, motores elétricos e seus componentes, bobinas, transformadores, pilhas, baterias e dispositivos eletrônicos, com base na análise dos processos de transformação e condução de energia envolvidos – com ou sem o uso de dispositivos e aplicativos digitais –, para propor ações que visem a sustentabilidade.
Fonte: Base Nacional Comum Curricular (MEC).Questão
Uma bateria tem fem E = 12,0 V e resistência interna r = 0,50 O. Está ligada a um motor que drena I = 10,0 A. (a) Calcule a tensão terminal, a potência entregue ao motor e a potência dissipada na resistência interna. (b) Explique as transformações de energia envolvidas e proponha duas medidas para reduzir perdas.
✍️ Questão dissertativa: veja abaixo a resposta esperada e a explicação.
Resposta esperada
Cálculos: tensão terminal V = E - I·r = 12,0 - 10,0·0,50 = 7,0 V. Potência entregue ao motor P_motor = V·I = 7,0·10,0 = 70 W. Potência dissipada na resistência interna P_perda = I²·r = 10,0²·0,50 = 100·0,50 = 50 W. Eficiência elétrica instantânea = P_motor/(P_motor+P_perda) = 70/120 ˜ 0,583 (58,3%). Transformações: energia química da bateria ? energia elétrica (fem) ? parte convertida em energia mecânica pelo motor; parte é dissipada como calor na resistência interna (perda térmica). Medidas para reduzir perdas: (1) reduzir resistência interna (usar células em paralelo, escolher baterias com r menor ou trocar por fonte com menor r); (2) diminuir corrente de carga (aumentar tensão do sistema com conversor/arranjo de células para reduzir I para mesma potência, usar engrenagem para reduzir carga elétrica), além de melhorar refrigeração para reduzir efeitos térmicos.
Explicação
Os cálculos realizados demonstram a aplicação das leis de Ohm e da potência elétrica, permitindo determinar a tensão terminal, a potência entregue ao motor e a potência dissipada. As transformações de energia são descritas de forma clara, mostrando como a energia química é convertida em energia elétrica e, em parte, em energia mecânica, além das perdas térmicas. As medidas propostas para reduzir perdas são práticas e viáveis, focando na diminuição da resistência interna e na redução da corrente, o que pode aumentar a eficiência do sistema.
Raio-X da questão
tensão terminal e potência
avaliacao
tensão elétrica · potência elétrica
Revisar as leis de Ohm e conceitos de potência elétrica.
O aluno pode confundir a tensão terminal com a força eletromotriz, utilizando a FEM diretamente sem considerar a resistência interna.
ciencia_tecnologia
pensamento_critico
cientifico
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