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Questões teóricas

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Voltar a: Atividades Laboratoriais – 10.º Ano

📝 35 exercícios

Os exercícios essenciais do tema, no estilo dos exames nacionais e dos testes intermédios, com o grau de dificuldade de cada um. Clica numa opção para ver logo se acertaste e abre a Resolução para perceberes o raciocínio completo.

📘 Resumo da matéria

Antes de começares, revê Atividade laboratorial AL 2.1 – laboratório virtual.

1Fácil Quais são as grandezas características de um gerador?

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  1. RespostaAs grandezas características de um gerador são a sua força eletromotriz, ε (energia que fornece por unidade de carga) e a sua resistência interna, r (oposição que o gerador faz à passagem da corrente).

2Fácil Velétrodo 1elétrodo 2eletrólitopilha (célula eletroquímica)Dois elétrodos em soluções (eletrólitos) ligados por uma ponte: gera tensão Pilhas são dispositivos capazes de produzir corrente elétrica (energia elétrica) a partir de reações de oxidação-redução de componentes metálicos presentes na sua estrutura. Dá exemplos de elétrodos e de soluções que possam ser eletrólitos.

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  1. ElétrodosElétrodos: metais como cobre e zinco, cádmio e níquel, ou carbono (grafite) e lítio.
  2. EletrólitosEletrólitos: soluções com iões, como soluções ácidas (ácido sulfúrico) ou alcalinas (hidróxido de potássio).

3Fácil comando: 4 pilhas × 1,5 V = 6,0 V+−+−+−+−Comando que usa 4 pilhas de 1,5 V O comando usa 4 pilhas de 1,5 V. Qual é o significado físico deste valor? Porque é que uma pilha em funcionamento aquece?

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  1. 📐 Fórmulasε = EQ
  2. Significado de 1,5 Vε = 1,5 V significa que a pilha converte 1,5 J de energia não elétrica (química) em energia elétrica por cada coulomb de carga que atravessa o circuito.
  3. AquecimentoEm funcionamento há corrente na resistência interna da pilha e, por efeito Joule, parte da energia é dissipada no seu interior (Pdiss = r I²): a pilha aquece.
  4. AssociaçãoAs 4 pilhas em série dão ε total = 4 × 1,5 = 6,0 V.

4Médio 012345678910V0 V10 V20 V30 V50 VVoltímetro analógico: escala 0–10, terminal de 30 V selecionado Indica o resultado da medida indicada na figura (voltímetro analógico com escala de 0 a 10 e o terminal de 30 V selecionado).

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📋 Dados: A escala impressa vai de 0 a 10, mas o alcance escolhido é 30 V.
  1. 📐 Fórmulasvalor lido = leitura na escala × alcanceescala máxima · u = ½ menor divisão
  2. ValorFator de escala = 3010 = 3. A agulha marca 7,0 na escala ⇒ U = 7,0 × 3 = 21,0 V.
  3. IncertezaA menor divisão da escala é 0,5, que corresponde a 0,5 × 3 = 1,5 V. Incerteza de leitura (aparelho analógico): u = ½ × 1,5 = 0,75 V.
  4. ResultadoU = (21,00 ± 0,75) V.

5Fácil Como podes, a partir de uma medição direta, medir a força eletromotriz da pilha?

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  1. 📐 FórmulasU = ε − r I com I ≈ 0 ⇒ U ≈ ε
  2. ProcedimentoMede-se, com um voltímetro, a diferença de potencial nos terminais da pilha em circuito aberto.
  3. FundamentoComo a resistência interna do voltímetro é muito elevada, a corrente é praticamente nula (I ≈ 0 A) e, portanto, ε ≈ U.

6Fácil +−ARVinterruptorpilha (ε, r)Esquema do circuito: A em série, V em paralelo com a pilha Observa o esquema da figura.

6.1. Identifica o tipo de associação do amperímetro e do voltímetro.

6.2. Que diferença de potencial está a medir o voltímetro?

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  1. 6.1O amperímetro está em série com a pilha e a resistência; o voltímetro está em paralelo com a pilha.
  2. 6.2O voltímetro mede a diferença de potencial nos terminais da pilha.

7Fácil Compara a f.e.m. de uma pilha com a d.d.p. entre os seus terminais quando está intercalada num circuito fechado.

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  1. 📐 FórmulasU = ε − r I
  2. PorquêEm circuito fechado passa corrente (I ≠ 0) e há uma queda de tensão r I na resistência interna.
  3. ConclusãoLogo U = ε − r I < ε: a d.d.p. nos terminais é inferior à f.e.m.

8Médio +−pilha de 9 V Um grupo de alunos desenvolveu uma atividade para determinar as características de uma pilha de 9 V.

8.1. O que significa o valor 9 V?

8.2. Porque é que, para medir a força eletromotriz, se tem de ligar o voltímetro diretamente na pilha?

8.3. Identifica as medições diretas e indiretas nesta atividade.

8.4. O que é a curva característica?

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  1. 📐 Fórmulasε = EQ
  2. 8.1A pilha disponibiliza 9 J de energia por cada coulomb de carga que a atravessa: ε = 9 V.
  3. 8.2Ligado diretamente aos terminais, com a pilha fora de qualquer circuito, a corrente é muito pequena (resistência do voltímetro muito elevada); como U = ε − r I, vem U ≈ ε.
  4. 8.3Diretas: corrente (I) e diferença de potencial (U). Indiretas: força eletromotriz e resistência interna (obtidas da reta).
  5. 8.4É a função U(I): a d.d.p. nos terminais da pilha em função da corrente que a percorre.

9Fácil Qual é a função de um gerador de tensão num circuito?

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  1. RespostaAo manter uma diferença de potencial entre os seus terminais, o gerador provoca o movimento orientado de cargas num circuito fechado (corrente elétrica), transferindo-lhes energia.

10Fácil Porque não se deve ligar diretamente os terminais de uma pilha apenas por um fio condutor?

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  1. 📐 FórmulasIcc = εr · Pdiss = r I²
  2. CorrenteCom um fio (resistência quase nula) a corrente é muito elevada: I ≈ ε/r (curto-circuito).
  3. ConsequênciaA potência dissipada na resistência interna, r I², é então enorme: a pilha aquece muito e gasta-se rapidamente.

11Médio 0,501,000,51,01,5IUr baixar altaεDuas pilhas com a mesma ε: a de r alta tem declive mais negativo A função linear U = f(I), que representa a diferença de potencial entre os terminais de uma fonte de tensão em função da corrente que a percorre, chama-se curva característica do gerador.

11.1. A partir da representação gráfica, como se pode determinar a força eletromotriz e a resistência interna de uma pilha?

11.2. Esboça a função U = f(I) de duas pilhas, uma com resistência interna baixa e outra com resistência interna alta.

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  1. 📐 FórmulasU = ε − r I
  2. 11.1O gráfico é uma reta: a ordenada na origem é ε e a resistência interna r é o módulo do declive.
  3. 11.2Esboço na figura: ambas partem de ε (mesma f.e.m.); a de resistência interna baixa (verde) quase não desce; a de resistência interna alta (azul) desce muito mais depressa.

12Fácil Seleciona a opção que completa corretamente a frase: «A função do reóstato num circuito elétrico é…»

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Opção
(A)
  1. 📐 FórmulasI = εR + r
  2. (A) variar a correnteVerdadeira. ao variar a resistência exterior R do reóstato varia a corrente I = ε/(R + r) e, com ela, a tensão nos terminais da pilha.
  3. (B) variar a f.e.m.Falsa. a f.e.m. depende da química da pilha, não do circuito exterior.
  4. (C) variar a resistência dos fiosFalsa. o reóstato é uma resistência exterior variável; os fios têm resistência desprezável e fixa.
  5. (D) variar a resistência internaFalsa. a resistência interna é uma propriedade da pilha: o reóstato não a altera.

13Fácil Indica o significado físico das grandezas que caracterizam uma pilha.

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  1. rResistência interna r: mede a dificuldade ao movimento das cargas no interior da pilha (relacionada com as colisões das partículas carregadas); indica se há mais ou menos energia dissipada por efeito Joule.
  2. εForça eletromotriz ε: energia que a pilha disponibiliza por unidade de carga que a atravessa.

14Fácil Completa as frases: • Em circuito aberto, a diferença de ___A___ elétrico entre os terminais de um ___B___ é igual à sua força ___C___. • Em circuito fechado, a sua ___D___ nos terminais de um ___E___ é sempre ___F___ à sua força ___G___.

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  1. 1.ª fraseA – potencial; B – gerador; C – eletromotriz.
  2. 2.ª fraseD – tensão; E – gerador; F – inferior; G – eletromotriz.

15Fácil Que grandezas são características de um gerador? Qual é o seu significado físico?

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  1. εε (força eletromotriz): energia que o gerador transfere para o circuito por cada unidade de carga que o atravessa.
  2. rr (resistência interna): capacidade de o gerador se opor à passagem da corrente elétrica entre os seus terminais.

16Médio Como prevês que varie a d.d.p. entre os terminais da pilha à medida que a resistência do circuito exterior aumenta?

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  1. 📐 FórmulasI = εR + r · U = ε − r I
  2. CorrenteAo aumentar R, a corrente I diminui.
  3. TensãoCom I menor, a queda r I é menor e U = ε − r I aumenta, tendendo para ε (valor máximo, em circuito aberto). Ou seja, U diminui linearmente quando I aumenta.

17Fácil Como poderás, a partir de uma medição direta, medir a força eletromotriz da pilha, num circuito com um gerador e um condutor puramente resistivo de resistência R variável?

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  1. ProcedimentoLiga-se um voltímetro diretamente aos polos da pilha (com ela fora do circuito).
  2. FundamentoFunciona porque o voltímetro tem resistência muito elevada (≈ 10 MΩ ou mais): a corrente é muito pequena e a queda de tensão na resistência interna é desprezável, logo U ≈ ε.

18Médio ParaleloSérie+−+−+−+−+−+−ε total = ε (igual a uma só pilha)ε total = 3 εPilhas iguais em paralelo e em série, a alimentar uma lâmpada A associação, em série ou em paralelo, de geradores de tensão num circuito elétrico depende da função que se pretende. Justifica a variação da força eletromotriz de uma associação de geradores iguais ligados em série ou em paralelo.

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  1. 📐 Fórmulassérie: εtotal = n ε · paralelo: εtotal = ε
  2. SérieEm série, as f.e.m. somam-se: com n pilhas iguais, ε total = n ε.
  3. ParaleloEm paralelo, a f.e.m. mantém-se igual à de uma só pilha, mas a associação consegue fornecer ao circuito uma corrente maior do que uma só pilha (cada pilha dá uma parte da corrente).

19Médio Comenta a afirmação: «Em circuito fechado, a tensão nos terminais de um gerador é inferior à sua força eletromotriz.»

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  1. 📐 FórmulasU = ε − r I
  2. AbertoUm gerador real tem resistência interna. Em circuito aberto, I = 0 e U = ε.
  3. FechadoEm circuito fechado, I ≠ 0 e há uma queda de tensão r I no interior: a tensão nos terminais é U = ε − r I < ε. A afirmação é verdadeira.

20Médio +−ARVinterruptorpilha (ε, r)Circuito construído para estudar as características de uma pilha Foi construído o circuito da figura, com o objetivo de estudar as características de uma pilha.

20.1. Compara o valor da tensão nos terminais da pilha com o da sua força eletromotriz, quando o circuito está aberto e fechado.

20.2. O que nos indicam o valor da ordenada na origem e o declive da curva característica da pilha?

20.3. Utilizando a medição direta, como poderíamos determinar a força eletromotriz?

20.4. Conclui como evolui a resistência interna de uma pilha com o uso.

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  1. 📐 FórmulasU = ε − r I
  2. 20.1Aberto: U = ε. Fechado: U < ε.
  3. 20.2A curva é uma função linear: a ordenada na origem é ε; o módulo do declive é r.
  4. 20.3Ligava-se diretamente um voltímetro aos terminais da pilha: como r ≪ Rvoltímetro, a leitura é uma boa aproximação de ε.
  5. 20.4A resistência interna aumenta com o uso.

21Médio A diferença de potencial U entre os terminais de um gerador de f.e.m. ε e resistência interna r, percorrido por uma corrente I, é U = ε − r I. Refere qual é a diferença de potencial entre os terminais de uma pilha quando está: em circuito aberto; em circuito fechado; em curto-circuito.

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  1. 📐 FórmulasU = ε − r I · Icc = εr
  2. AbertoCircuito aberto: I = 0 ⇒ U = ε.
  3. FechadoCircuito fechado: I ≠ 0 ⇒ U < ε.
  4. Curto-circuitoCurto-circuito: R = 0 ⇒ U = 0 e a corrente é a de curto-circuito, Icc = ε/r.

22Fácil Que dispositivos permitem a variação da resistência num circuito, se o objetivo for variar a corrente elétrica e a diferença de potencial nos terminais da pilha?

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  1. RespostaUm reóstato ou um potenciómetro: são resistências variáveis, cujo cursor altera o comprimento de fio percorrido pela corrente.

23Médio +−ARVinterruptorpilha (ε, r)Circuito para estudar a curva característica de uma pilha Para estudar a curva característica de uma pilha, considera o circuito constituído por uma pilha e uma resistência exterior variável.

23.1. Quais são as grandezas físicas medidas?

23.2. Como proceder experimentalmente para obter os dados que permitam traçar a curva característica da pilha?

23.3. Explica o facto: «O valor da resistência introduzido no circuito deve ser controlado e variar de forma decrescente.»

Ver resolução
  1. 23.1A diferença de potencial nos terminais da pilha, U (voltímetro) e a corrente no circuito, I (amperímetro).
  2. 23.2Fazer variar a resistência exterior no reóstato e medir, para cada valor, U e I (pelo menos 5 pares), e depois traçar U(I).
  3. 23.3Começa-se pelas resistências maiores (corrente pequena) para a pilha não se descarregar logo; com correntes muito elevadas (resistências pequenas) a pilha descarrega-se depressa, aquece e pode danificar-se.

24Médio Na execução laboratorial devemos partir de resistências maiores e ir diminuindo o seu valor, ou fazer o contrário?

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  1. 📐 FórmulasI = εR + r · Pdiss = r I²
  2. RespostaCom resistências baixas a corrente é maior e a pilha descarrega-se mais depressa. Por isso se parte das resistências maiores e se vai diminuindo o valor.
  3. CuidadoAssim, as características da pilha no início e no fim são mais próximas. A recolha deve também ser rápida; se não for, desliga-se o circuito entre medições.

25Fácil A força eletromotriz de uma pilha pode medir-se diretamente…

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Opção
(B)
  1. 📐 FórmulasU = ε − r I com I ≈ 0 ⇒ U ≈ ε
  2. (A) amperímetroFalsa. um amperímetro em paralelo com a pilha é um curto-circuito e mede corrente, não tensão.
  3. (B) voltímetro, circuito abertoVerdadeira. sem corrente, U = ε − r × 0 ≈ ε: o voltímetro dá uma boa aproximação.
  4. (C) reóstatoFalsa. um reóstato é uma resistência: não mede grandezas.
  5. (D) termómetroFalsa. a temperatura não mede tensões.

26Fácil A leitura do voltímetro nos terminais da pilha, com o circuito aberto, é uma boa aproximação de ε porque…

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Opção
(B)
  1. 📐 Fórmulasr I ≈ 0
  2. (A) pilha idealFalsa. uma pilha real tem sempre resistência interna.
  3. (B) r ≪ R do voltímetroVerdadeira. a corrente consumida pelo voltímetro é desprezável, logo r I ≈ 0 e U ≈ ε.
  4. (C) voltímetro sem resistênciaFalsa. um voltímetro ideal teria resistência muito grande, não nula.
  5. (D) corrente elevadaFalsa. a corrente é praticamente nula, não elevada.

27Fácil A tensão nos terminais de uma pilha que fornece uma corrente I é…

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Opção
(B)
  1. 📐 FórmulasU = ε − r I
  2. (A) ε + r IFalsa. a tensão nos terminais não pode ser maior do que ε.
  3. (B) ε − r IVerdadeira. a queda de tensão r I na resistência interna tira-se a ε.
  4. (C) r IFalsa. r I é só a queda interna, não a tensão nos terminais.
  5. (D) ε r IFalsa. não é um produto das três grandezas.

28Médio Explica como se ligam o amperímetro e o voltímetro no circuito da pilha e porquê.

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  1. AmperímetroO amperímetro liga-se em série: a corrente do circuito tem de o atravessar para ser medida.
  2. VoltímetroO voltímetro liga-se em paralelo com a pilha (aos seus terminais), pois mede a diferença de potencial entre esses pontos.

29Médio O gráfico da tensão nos terminais de uma pilha em função da corrente, U(I), é…

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Opção
(B)
  1. 📐 FórmulasU = ε − r I
  2. (A) reta crescente pela origemFalsa. é o gráfico de um condutor óhmico (U = R I), não de uma pilha.
  3. (B) reta decrescenteVerdadeira. U = ε − r I é uma função afim decrescente: ordenada ε e declive −r.
  4. (C) parábolaFalsa. U é linear em I, não quadrática.
  5. (D) hipérboleFalsa. U não é inversamente proporcional a I.

30Médio A reta de ajuste de uma série é U = 1,55 − 0,35 I (SI). Indica a f.e.m., a resistência interna e a tensão nos terminais para I = 0,50 A.

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  1. 📐 FórmulasU = ε − r I · ε = ordenada na origem · r = −declive
  2. Da retaε = 1,55 V e r = 0,35 Ω.
  3. Para I = 0,50 AU = 1,55 − 0,35 × 0,50 = 1,375 V ≈ 1,38 V.

31Médio O declive da reta U(I) de uma pilha tem a unidade V/A. Isto corresponde a…

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Opção
(B)
  1. 📐 Fórmulasdeclive = −r
  2. (A) potênciaFalsa. uma potência seria V × A.
  3. (B) resistência (Ω)Verdadeira. V/A = Ω: o declive é (menos) a resistência interna.
  4. (C) energiaFalsa. uma energia mediria-se em joule.
  5. (D) correnteFalsa. uma corrente mede-se em A.

32Médio Uma pilha de 9,0 V e resistência interna 1,5 Ω fornece 0,50 A. Calcula a tensão nos terminais, a potência fornecida ao exterior e a dissipada na pilha.

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📋 Dados: ε = 9,0 V; r = 1,5 Ω; I = 0,50 A.
  1. 📐 FórmulasU = ε − r I · Pext = U I · Pint = r I²
  2. TensãoU = 9,0 − 1,5 × 0,50 = 8,25 V.
  3. PotênciasPext = 8,25 × 0,50 = 4,1 W; Pint = 1,5 × 0,50² = 0,375 W.
  4. BalançoConfirma: ε I = 9,0 × 0,50 = 4,5 W = 4,125 + 0,375 ✔.

33Difícil Duas pilhas, uma nova e outra usada, têm curvas U(I) diferentes. A pilha usada, relativamente à nova, apresenta…

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Opção
(B)
  1. 📐 Fórmulasdeclive = −r
  2. (A) mais alta e menos inclinadaFalsa. isso seria uma pilha melhor do que a nova.
  3. (B) mais baixa e mais inclinadaVerdadeira. com o uso ε pode baixar um pouco e r aumenta: declive mais negativo.
  4. (C) mais alta e mais inclinadaFalsa. a ordenada na origem (ε) não aumenta com o uso.
  5. (D) idênticaFalsa. as pilhas têm características diferentes.

34Difícil Em que condições a pilha transforma mais energia (se «gasta» mais depressa)? Justifica.

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  1. 📐 FórmulasPtotal = ε I · I = εR + r
  2. PotênciaA potência total transformada na pilha é ε I: é maior quando a corrente é grande.
  3. CondiçõesA corrente é grande quando a resistência exterior R é pequena (no limite, em curto-circuito). Com o circuito aberto, I = 0 e não há transformação.

35Difícil A f.e.m. medida diretamente foi 1,56 V e a obtida pela reta foi 1,55 V. Calcula o erro percentual e comenta.

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  1. 📐 FórmulasErro % = |valor exp. − valor ref.|valor ref. × 100
  2. CálculoErro % = |1,55 − 1,56|1,56 × 100 = 0,64 %.
  3. ComentárioOs valores concordam: o voltímetro com o circuito aberto é uma boa aproximação de ε (pequena diferença por a corrente do voltímetro não ser exatamente nula).

➡️ A seguir

Continua com as questões laboratoriais e as práticas.

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