Física3ª sérieBNCC EM13CNT107Difícil⏱ longo

(Dissertativa) Um gerador contínuo fornece fem E = 48,0 V e tem resistência interna r = 0,50 O. Quando ligado…

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

(Dissertativa) Um gerador contínuo fornece fem E = 48,0 V e tem resistência interna r = 0,50 O. Quando ligado a uma carga produz uma tensão terminal V_t = 45,0 V. Faça previsões quantitativas: calcule a corrente I, a resistência da carga R_L, a potência entregue à carga P_L, a perda em r (P_loss) e a eficiência ? = P_L/(P_L+P_loss). Explique qualitativamente como mudanças em r ou em R_L afetam a potência entregue e a eficiência; mencione o caso de máxima transferência de potência.

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

Resposta esperada

Cálculos: I = (E - V_t)/r = (48,0-45,0)/0,50 = 3,0/0,50 = 6,00 A. R_L = V_t/I = 45,0/6,00 = 7,50 O. P_L = V_t·I = 45,0·6,00 = 270 W. P_loss = I²·r = 6,00²·0,50 = 18,0 W. Eficiência ? = 270/(270+18) = 270/288 = 0,9375 ˜ 93,8%. Discussão: reduzir r (melhorar projeto do gerador) diminui perdas internas e aumenta eficiência e potência disponível à carga; reduzir R_L (carga mais baixa) aumenta corrente e potência na carga até certo ponto, mas aumenta perdas internas; na condição de máxima transferência de potência R_L = r, a potência na carga é P_max = E²/(4r) = 48,0²/(4·0,50) = 1 152 W, porém com eficiência somente 50% porque metade da potência é dissipada em r. Assim há trade-off entre maximizar potência entregue e eficiência do sistema.

Explicação

Os cálculos realizados demonstram a relação entre a tensão terminal, a corrente e a resistência da carga, permitindo determinar a potência entregue e as perdas no gerador. A discussão sobre como a resistência interna e a resistência da carga afetam a eficiência e a potência destaca a importância do equilíbrio entre essas variáveis para otimizar o desempenho do sistema. A condição de máxima transferência de potência ilustra que, embora a potência na carga seja maximizada, a eficiência é comprometida, evidenciando o trade-off entre esses dois aspectos.

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

lei de ohm · circuitos elétricos

📚 Reveja

Revisar a lei de Ohm e conceitos de potência em circuitos.

⚠️ Erro mais comum

O aluno pode confundir a resistência total do circuito com a resistência da carga, levando a cálculos incorretos da corrente e potência.

🌎 Tema transversal

ciencia_tecnologia

🤝 Socioemocional

pensamento_critico

🏫 Contexto

cientifico

Questões parecidas com resolução

Todas as questões de Circuitos Elétricos e Potência (Consumo de Energia)

🔎 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