FísicaENEMBNCC EM13CNT107Difícil⏱ longo

Uma carga requer tensão nominal V_nom = 12,0 V e tem resistência R_load = 5,00 O. Disponibilizam-se células…

Publicado por Alexandre Lombardi dos Santos, fundador do GeraProva

Habilidade BNCC EM13CNT107

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 carga requer tensão nominal V_nom = 12,0 V e tem resistência R_load = 5,00 O. Disponibilizam-se células idênticas com f.e.m. E_cell = 1,50 V e resistência interna r_cell = 0,200 O. (a) Determine o número de células em série N necessário para obter V_open ˜ 12,0 V. (b) Para esse N, calcule corrente I, tensão terminal V_term, potência na carga P_load e eficiência ? = P_load/(P_load + P_int), onde P_int é a potência dissipada na resistência interna do conjunto. (c) Se ? < 80%, determine o número mínimo m de cadeias idênticas em paralelo que atinja ? = 80% e recalcule I e V_term para esse arranjo. Use E_total = N·E_cell, r_series = N·r_cell e P = I^2·R.

✍️ Questão dissertativa: veja abaixo a resposta esperada e a explicação.

Resposta esperada

Solução modelo: (a) N = 12,0/1,50 = 8 células. r_series = 8·0,200 = 1,60 O. E_total = 12,0 V. (b) I = E_total/(R_load + r_series) = 12/(5+1,6)=12/6,6=1,818 A. V_term = I·R_load = 9,09 V. P_load = I^2·R_load = 16,53 W. P_int = I^2·r_series = 5,29 W. ? = 16,53/(16,53+5,29)=0,757 ˜75,7% (<80%). (c) Resolver ? =0,80 ? r_series/m =0,25·R_load ? m =4·r_series/R_load =4·1,6/5 =1,28 ? m=2 (mínimo inteiro). Para m=2: r_tot = r_series/2 =0,80 O; I = 12/(5+0,8)=2,069 A; V_term = I·5 =10,34 V; P_load =21,41 W; P_int =3,43 W; ? =21,41/(21,41+3,43)=0,862 ˜86,2%. Recomenda-se 2 cadeias em paralelo.

Explicação

O cálculo do número de células em série garante que a tensão total atinja o valor necessário para a carga. A análise da corrente, tensão terminal, potência na carga e eficiência permite verificar se o sistema atende aos requisitos de desempenho, sendo essencial para a otimização do arranjo. A determinação do número de cadeias em paralelo assegura que a eficiência mínima desejada seja alcançada, ajustando a resistência total do circuito.

Raio-X da questão

Dificuldade Difícil

Bloom Avaliar

Leitura alto

Discriminação alto

Peso pedagógico alto

Autonomia do enunciado completo

Cobertura da habilidade multipla

🧪 Simulado🩺 Diagnóstico🧮 Exige cálculo🏠 Cotidiano🔗 Interdisciplinar⭐ Representativa✍️ calculativa🧩 desafio

🎯 Conceito central

circuitos elétricos

📌 Objetivo

avaliacao

🧱 Pré-requisitos

circuitos elétricos · lei de Ohm

📚 Reveja

Revisar conceitos de circuitos em série e paralelo, além de eficiência.

⚠️ Erro mais comum

O aluno pode confundir a relação entre tensão, corrente e resistência, aplicando a fórmula de forma incorreta e, assim, calcular valores errados para a corrente ou a potência.

🌎 Tema transversal

ciencia_tecnologia

🤝 Socioemocional

pensamento_critico

🏫 Contexto

cientifico

Questões parecidas com resolução

Todas as questões de Corrente Elétrica, Resistores e Leis de Ohm

🔎 Procurar outra questão

Procure no banco do GeraProva pelo tema ou por um trecho do enunciado. Cada questão já vem com resolução comentada e a análise de cada alternativa.

Professor: monte a prova com questões como esta, com gabarito e folha de respostas, em 30 segundos. Ver planos · Blog