Exames e testes intermédios

📝 7 exercícios

Itens reais dos exames nacionais e testes intermédios de Física e Química A sobre este tema, com o ano e a fase, o grau de dificuldade, a cotação do IAVE e a Resolução completa com os critérios de classificação. Clica numa opção para ver logo se acertaste.

📘 Resumo da matéria

Antes de começares, revê Atividade laboratorial AL 3.1 – laboratório virtual.

1Médio 25 pontos (2008 – EE) Pretende-se instalar um painel fotovoltaico para carregar a bateria que alimenta o circuito elétrico do semáforo representado na figura 5. painel fotovoltaicobateriaFig. 5 – painel fotovoltaico, bateria e semáforo

11.1. Considere que uma célula fotovoltaica com a área de 1,00×10-2 m² fornece, em média, durante um dia, a energia de 3,89×10⁴ J. Admitindo que a potência consumida pelo semáforo é 5,0×10² W, funcionando este 24 horas por dia, e que o rendimento da bateria é 50 %, calcule a área de painel fotovoltaico necessária para alimentar o circuito elétrico do semáforo. Apresente todas as etapas de resolução.

11.2. Com base na informação apresentada no texto, selecione a alternativa que contém os termos que devem substituir as letras (a) e (b), respetivamente, de modo a tornar verdadeira a afirmação seguinte. O rendimento médio do painel fotovoltaico ______ da sua orientação relativamente aos pontos cardeais e ______ da sua inclinação.

Ver resolução
📋 Dados: P = 5,0×10² W; Δt = 24 h = 86 400 s; ηbateria = 50 %; célula: 1,00×10-2 m² ⇒ 3,89×10⁴ J por dia.
  1. 📐 FórmulasEu = P Δt · η = EuEtotal · n = EtotalEcélula · A = n Acélula
  2. 1.º passoEnergia para o semáforo num dia: Eu = 5,0×10² × 86 400 = 4,32×10⁷ J.
  3. 2.º passoEnergia a transferir para a bateria: Etotal = 4,32×10⁷0,50 = 8,64×10⁷ J.
  4. 3.º passo – áreaA = 8,64×10⁷3,89×10⁴ × 1,00×10-2 = 22 m² (22,2 m²). (20 pontos)
  5. 11.2A orientação (norte/sul) e a inclinação do painel condicionam a quantidade de radiação que lhe chega: o rendimento depende de ambas. (5 pontos)
  6. (A)Falsa. A orientação e a inclinação influenciam a radiação que chega ao painel, logo o rendimento depende de ambas.
  7. (B)Falsa. O rendimento depende também da orientação (norte/sul) do painel.
  8. (C)Verdadeira. Depende de ambas: a orientação e a inclinação determinam a radiação incidente.
  9. (D)Falsa. Depende também da inclinação: o painel deve ficar o mais perpendicular possível à radiação.

2Fácil 5 pontos (2010 – 2ªF) Nas autoestradas, os telefones dos postos SOS são alimentados com painéis fotovoltaicos. Considere um painel fotovoltaico, de área 0,50 m² e de rendimento médio 10 %, colocado num local onde a potência média da radiação solar incidente é 600 W m-2. Selecione a única opção que permite calcular a potência útil desse painel, expressa em W.

Ver resolução
Opção
(D)
📋 Dados: I = 600 W m-2; A = 0,50 m²; η = 10 % = 0,10.
  1. 📐 FórmulasPu = η P = η I A
  2. CálculoPu = 0,10 × 600 × 0,50 = 30 W. (5 pontos)
  3. (A)Falsa. Multiplicar por 10 (em vez de 0,10) esquece a conversão da percentagem.
  4. (B)Falsa. Dividir por 0,50 não corresponde a Pu = η I A.
  5. (C)Falsa. Dividir por 0,10 daria a potência da radiação a partir da útil, o inverso do pedido.
  6. (D)Verdadeira. Pu = η I A = 0,10 × 600 × 0,50 W.

3Difícil (2010 – EE) Numa aula laboratorial, um grupo de alunos montou um circuito elétrico, constituído por um painel fotovoltaico, um reóstato e aparelhos de medida adequados. Fazendo incidir no painel a radiação proveniente de uma lâmpada, os alunos realizaram as medições necessárias para determinarem a potência fornecida ao circuito, P, em função da resistência, R, introduzida pelo reóstato. Com os resultados obtidos, os alunos construíram o gráfico representado na Figura 4. 204060801000,0100,0200,030R / ΩP / W23 Ω0,027 WFig. 4 – P em função de R

α / °P / W
901,41×10-2
801,39×10-2
701,37×10-2
601,07×10-2
507,88×10-3
O que se pode concluir a partir destes resultados experimentais?

10.1. Selecione a única opção que permite obter uma afirmação correta. Para poderem determinar o valor da potência fornecida ao circuito, os alunos mediram a diferença de potencial nos terminais do painel fotovoltaico e…

10.2. Indique o valor da resistência introduzida pelo reóstato para o qual a potência fornecida ao circuito é máxima.

10.3. Admita que, em cada ensaio, a lâmpada esteve ligada durante 2,0 minutos, fornecendo ao painel uma energia de 36 J. Determine o rendimento do painel fotovoltaico quando o reóstato introduz uma resistência de 40 Ω no circuito. Apresente todas as etapas de resolução.

10.4. Ao longo da experiência, os alunos usaram sempre a mesma lâmpada e mantiveram fixa a inclinação do painel em relação à direção da radiação incidente. Tiveram ainda um outro cuidado relacionado com o posicionamento da lâmpada. Identifique esse outro cuidado e apresente uma razão que o justifique.

10.5. Posteriormente, os alunos repetiram a experiência, mantendo fixo o valor da resistência introduzida pelo reóstato, mas variando a inclinação do painel em relação à direção da radiação incidente. Na tabela seguinte encontram-se registados os valores experimentais de potência, P, fornecida ao circuito pelo painel fotovoltaico, para os diversos ângulos, α, definidos pela direção em que se encontrava o painel e pela direção da radiação incidente.

Ver resolução
📋 Dados: Δt = 2,0 min = 120 s; Erad = 36 J; R = 40 Ω.
  1. 📐 FórmulasPe = U I · Prad = EradΔt · η = PePrad
  2. 10.1A potência elétrica é Pe = U I: é preciso medir a tensão e a intensidade de corrente. (5 pontos)
  3. (A)Falsa. A temperatura do painel não entra na potência elétrica.
  4. (B)Verdadeira. P = U I: além da tensão, mede-se a intensidade da corrente.
  5. (C)Falsa. O tempo permite calcular energia, não potência.
  6. (D)Falsa. O reóstato apenas fixa a resistência; a potência calcula-se com U e I medidas.
  7. 10.2O máximo da curva ocorre (P ≈ 0,031 W) para R ≈ 23 Ω (aceita-se qualquer valor entre 22 Ω e 24 Ω). (5 pontos)
  8. 10.3Do gráfico, para R = 40 Ω: Pe ≈ 0,027 W. Potência da radiação: Prad = 36120 = 0,30 W. η = 0,0270,30 × 100 = 9,0 %. (níveis: máx. 10 pontos)
  9. 10.4Manter sempre a mesma distância da lâmpada ao painel, para que a intensidade da radiação incidente no painel seja constante (a intensidade diminui com a distância à fonte). (10 pontos: dois tópicos)
  10. 10.5A potência fornecida ao circuito é máxima quando o painel é perpendicular à radiação (α = 90°: 1,41×10-2 W) e diminui à medida que o ângulo se afasta de 90° (7,88×10-3 W a 50°).

4Médio 15 pontos (2013 – 2ªF) Os satélites estão, geralmente, equipados com painéis fotovoltaicos, que produzem energia elétrica para o funcionamento dos sistemas de bordo. Considere que a intensidade média da radiação solar, ao nível da órbita de um satélite geoestacionário, é 1,3×10³ W m-2.

15.1. Para que a intensidade média da radiação solar incidente num painel colocado num satélite geoestacionário seja 1,3×10³ W m-2, esse painel terá de estar orientado segundo um plano…

15.2. Admita que um satélite geoestacionário está equipado com um conjunto de painéis fotovoltaicos, adequadamente orientados, de rendimento médio 20 % e de área total 12 m². Determine a energia elétrica média, em quilowatt-hora (kW h), produzida por aquele conjunto de painéis fotovoltaicos durante um dia. Apresente todas as etapas de resolução.

Ver resolução
📋 Dados: I = 1,3×10³ W m-2; A = 12 m²; η = 20 %; Δt = 24 h.
  1. 📐 FórmulasI = PA · Pinc = I A · Eelétrica = η Pinc Δt
  2. 15.1A intensidade (I = P/A) é máxima quando o painel está perpendicular à radiação; a 1,3×10³ W m-2 corresponde a perpendicularidade e qualquer área, pois a intensidade não depende da área (a potência é que é proporcional a A). (5 pontos)
  3. (A)Verdadeira. A intensidade I = P/A máxima exige o painel perpendicular; a área pode ser qualquer porque a intensidade não depende dela.
  4. (B)Falsa. A área não tem de ser 1 m²: a intensidade é potência por unidade de área.
  5. (C)Falsa. Com o painel paralelo à radiação (incidência rasante) a intensidade seria praticamente nula.
  6. (D)Falsa. Paralelo à radiação não dá 1,3×10³ W m-2.
  7. 15.2 – 1.º passoEnergia incidente num dia: Einc = 1,3×10³ × 12 × 24 = 3,74×10⁵ W h = 374 kW h (1,35×10⁹ J).
  8. 15.2 – 2.º passoEnergia elétrica: E = 0,20 × 374 = 75 kW h (equivale a Pelét = 3,12×10³ W durante 24 h). (níveis: máx. 10 pontos – duas etapas)
  9. NotaNota: a resolução em imagem do original dizia «75 Wh»; o valor correto, como indica o critério, é 75 kW h.

5Médio 15 pontos (2016 – EE) Um edifício está equipado com um conjunto de painéis fotovoltaicos.

6.1. O rendimento de um painel fotovoltaico ______ da potência que ele fornece ao circuito exterior e ______ da sua orientação relativamente aos pontos cardeais.

6.2. O conjunto de painéis fotovoltaicos instalado no edifício tem uma área total de 160 m² e uma potência média de 3,7 kW. A energia média diária da radiação incidente em cada 1,0 m² de painel é 5,0 kW h. Calcule o rendimento médio do conjunto de painéis fotovoltaicos. Apresente todas as etapas de resolução.

Ver resolução
📋 Dados: A = 160 m²; Pútil = 3,7 kW; 5,0 kW h por dia e por m².
  1. 📐 Fórmulasη = PútilPradiação × 100 · Pradiação = EradΔt
  2. 6.1O rendimento é a razão entre a potência fornecida ao circuito e a potência da radiação incidente: depende de ambas (a potência fornecida) e a potência incidente depende da orientação do painel (em relação ao Sol e, portanto, aos pontos cardeais). (5 pontos)
  3. (A)Falsa. Depende da potência fornecida (η = Pútil/Prad) e a orientação também influencia.
  4. (B)Falsa. Nenhuma das duas está certa: ambas influenciam o rendimento.
  5. (C)Falsa. Depende da potência fornecida, mas depende também da orientação do painel.
  6. (D)Verdadeira. A potência incidente varia com a orientação (pontos cardeais) e o rendimento depende da potência fornecida.
  7. 6.2 – 1.º passoEnergia diária da radiação no conjunto: 5,0 × 160 = 800 kW h. Potência média da radiação: P = 80024 = 33 kW. (4 + 4 pontos)
  8. 6.2 – 2.º passoη = 3,733 × 100 = 11 %. (2 pontos)

6Médio 10 pontos (2019 – 2ªF) Para uma irradiância de 1000 W m-2 e a 25 °C, um painel fotovoltaico, de área 1,63 m², fornece uma potência elétrica máxima quando a diferença de potencial nos seus terminais é 28,5 V e a corrente elétrica é 7,6 A. Determine o rendimento máximo do painel, nas condições consideradas. Apresente todas as etapas de resolução, explicitando todos os cálculos efetuados.

Ver resolução
📋 Dados: Irr = 1000 W m-2; A = 1,63 m²; U = 28,5 V; I = 7,6 A.
  1. 📐 FórmulasPel = U I · Pinc = Irr A · η = PelPinc × 100
  2. 1.º passoPotência elétrica máxima: Pel = 28,5 × 7,6 = 217 W. (4 pontos)
  3. 2.º passoPotência da radiação incidente: Pinc = 1000 × 1,63 = 1,63×10³ W. (4 pontos)
  4. 3.º passoηmáx = 2171,63×10³ × 100 = 13 % (0,13). (2 pontos)

7Médio 14 pontos (2019 – EE) A Figura 4 apresenta as curvas características, a 25 °C, de um painel fotovoltaico, para três irradiâncias diferentes. Estas curvas representam a corrente elétrica, I, fornecida pelo painel, em função da diferença de potencial elétrico, U, nos seus terminais. 510152025303512345678U / VI / A1000 W m⁻²800 W m⁻²600 W m⁻²Fig. 4 – corrente em função da tensão (25 °C) (A)UP(B)UP(C)UP(D)UPEsboços (A), (B), (C) e (D) de P em função de U

9.1. Qual é o esboço do gráfico que pode representar, para uma mesma irradiância, a potência elétrica, P, fornecida pelo painel, em função da diferença de potencial elétrico, U, nos seus terminais?

9.2. A corrente elétrica fornecida por um painel fotovoltaico para uma resistência exterior nula designa-se por corrente de curto-circuito. Conclua, com base no gráfico da Figura 4, se a corrente de curto-circuito é (ou não) diretamente proporcional à irradiância. Mostre como chegou à conclusão solicitada.

Ver resolução
📋 Dados: Correntes de curto-circuito (U = 0): 4,9 A (600 W m-2); 6,6 A (800 W m-2); 8,2 A (1000 W m-2).
  1. 📐 FórmulasP = U I · y = k x ⇔ yx = constante
  2. 9.1P = U I. Até cerca de 28–30 V a corrente é quase constante, por isso P cresce quase linearmente com U; depois a corrente cai bruscamente e P desce depressa até 0 (quando I = 0). (7 pontos)
  3. (A)Falsa. P = U I não é constante: I só é quase constante até certa tensão.
  4. (B)Falsa. P não satura: cai a zero quando I se anula.
  5. (C)Verdadeira. I quase constante até ≈ 28 V ⇒ P cresce quase linearmente; depois I cai bruscamente e P desce depressa a zero.
  6. (D)Falsa. P não decresce linearmente: a corrente quase não varia no início.
  7. 9.2① Quocientes Iccirradiância: 4,9600 = 8,2×10-3; 6,6800 = 8,3×10-3; 8,21000 = 8,2×10-3 A W-1 m². ② São aproximadamente constantes. ③ Logo, a corrente de curto-circuito é diretamente proporcional à irradiância (ex.: de 600 para 800 W m-2, ×1,3; e a corrente também ×1,3). (7 pontos)

➡️ A seguir

Revê a atividade, as fichas de questões e testa-te no laboratório virtual.

Deixe um comentário

O seu endereço de email não será publicado. Campos obrigatórios marcados com *

Voltar ao topo