Questões laboratoriais

1Médio O Duarte conseguiu acender um LED com quatro limões, mas o mesmo não aconteceu com uma lâmpada de fio de tungsténio. Qual será a razão?

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1. 📐 FórmulasP = U I
2. FonteA associação em série de limões fornece a mesma f.e.m. (4 ε) a qualquer dos dois dispositivos, mas cada «pilha de limão» tem uma resistência interna elevada: só dá correntes muito pequenas.
3. LEDO LED acende com potências baixas: basta uma corrente da ordem de uma ou duas dezenas de miliampere.
4. LâmpadaA lâmpada de tungsténio precisa de correntes da ordem das centenas de miliampere, que os limões não conseguem fornecer: não acende.

2Fácil Porque é que se usa um reóstato na atividade experimental?

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1. RespostaPara fazer variar a resistência do circuito, controlando a corrente máxima e simulando um circuito exterior alimentado pela pilha (cada posição dá um par I, U para a curva característica).

3Médio Porque é que não deves misturar pilhas novas com usadas?

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1. 📐 FórmulasI = εR + r
2. PorquêPilhas novas e usadas têm resistências internas diferentes. Numa associação, a pilha com maior r limita a corrente e dissipa energia por efeito Joule.
3. ExemploO desempenho da associação fica prejudicado: a corrente é limitada e a potência útil diminui. Por exemplo, uma pilha alcalina tem menor r do que uma convencional da mesma dimensão.

4Fácil Tendo por base a curva característica da pilha, como podemos determinar o valor da resistência interna e o da força eletromotriz?

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1. 📐 FórmulasU = ε − r I
2. εf.e.m.: ordenada na origem da reta.
3. rResistência interna: módulo do declive da reta de regressão linear.

5Médio Comenta a afirmação: «Não é possível encontrar-se no laboratório uma fonte com a curva característica descrita no gráfico.»

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1. 📐 Fórmulasr = |declive|
2. O que mostraA curva é uma reta horizontal: U = ε para qualquer I, isto é, declive nulo e r = 0.
3. ConclusãoÉ uma fonte ideal: só há fontes que se aproximam dessa característica; as fontes reais têm sempre r ≠ 0. A afirmação é verdadeira.

6Fácil Para estudar a curva característica de uma pilha, qual é o objetivo de instalar um reóstato no circuito?

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1. RespostaO reóstato (resistência variável) serve para variar a corrente no circuito e, consequentemente, a tensão nos terminais do gerador.

7Médio Compararam-se duas pilhas, de 1,5 V e de 6,0 V, e as suas curvas características são paralelas. Isto significa que as duas pilhas têm…

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Opção

(A)

1. 📐 Fórmulasdeclive = −r
2. (A) mesma rVerdadeira. retas paralelas têm o mesmo declive; como o declive é −r, as pilhas têm a mesma resistência interna.
3. (B) igual d.d.p.Falsa. a d.d.p. nos terminais depende da corrente; além disso, 1,5 V ≠ 6,0 V.
4. (C) mesma potênciaFalsa. a potência depende da corrente e do circuito exterior, não do paralelismo.
5. (D) igual f.e.m.Falsa. as f.e.m. são diferentes (1,5 V e 6,0 V): é a ordenada na origem que difere.

8Médio Em que condições a pilha transfere mais rapidamente energia para o circuito: quando a resistência do circuito é grande ou pequena?

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1. 📐 FórmulasP = R I² · I = εR + r
2. RaciocínioA energia transferida num dado intervalo de tempo para uma resistência constante é proporcional a I². A corrente é maior quando R é pequena.
3. ConclusãoCom resistências pequenas a energia é transferida mais rapidamente e a pilha tem de ser substituída com maior frequência.

9Fácil Numa aula fez-se o estudo experimental da curva característica de uma pilha. A figura mostra o equipamento usado. Identifica cada peça (A a F).

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1. IdentificaçãoA – amperímetro · B – voltímetro · C – reóstato · D – fios de ligação · E – pilha · F – interruptor.

10Fácil Indica um processo de medir diretamente a força eletromotriz de uma pilha.

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1. RespostaLiga-se um voltímetro diretamente aos terminais da pilha, em circuito aberto: a leitura é (aproximadamente) a f.e.m.

11Médio O Duarte tem duas pilhas de 4,5 V, uma nova e outra usada, e ligou diretamente o voltímetro a cada uma delas: marcou 4,5 V em ambas.

11.1. Porque motivo o voltímetro marca o mesmo valor nas duas pilhas?

11.2. Explica o facto de, em dois circuitos, um com cada pilha, a lâmpada brilhar mais no que continha a pilha nova.

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1. 📐 FórmulasU = ε − r I · I = εR + r
2. 11.1A f.e.m. depende das reações químicas no interior, e os reagentes das duas pilhas são os mesmos. O voltímetro tem resistência interna elevada: I ≈ 0, logo U = ε nas duas.
3. 11.2Com a lâmpada de resistência R ligada, a corrente é I = ε/(R + r). A pilha usada tem r maior, logo I menor; a lâmpada brilha menos. Com a nova (r menor) a corrente é maior e o brilho também.

12Fácil O que é um gerador eletroquímico?

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1. RespostaÉ um gerador que transforma energia química em energia elétrica (por exemplo, uma pilha).

13Médio Como podemos determinar o valor da potência que a pilha fornece ao circuito?

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1. 📐 FórmulasP_útil = U I · U = ε − r I
2. RespostaP_útil = U I = (ε − r I) I = ε I − r I².

14Fácil Ao deslocar o cursor do reóstato intercalado no circuito, que outras grandezas fizeste variar?

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1. RespostaVariaram a diferença de potencial nos terminais da pilha e a corrente elétrica no circuito (além da resistência exterior).

15Médio Explica as diferenças entre pilhas/baterias não recarregáveis (geradores primários) e recarregáveis (geradores secundários).

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1. PrimáriosPrimários: só permitem uma descarga, pois as reações químicas internas são irreversíveis. Ex.: pilha de zinco-carbono, alcalina, de lítio.
2. SecundáriosSecundários: permitem cargas e descargas repetidas, pois as transformações químicas podem ser revertidas. Ex.: níquel-cádmio (NiCd), níquel-hidreto metálico (NiMH), ião-lítio (Li-ion).

16Fácil Compara os valores da tensão nos terminais da pilha em circuito aberto, antes e depois da experiência.

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1. RespostaCom o uso a pilha perde alguma f.e.m.: a tensão em circuito aberto é ligeiramente maior antes da experiência do que depois.

17Difícil Comenta a afirmação: «Quanto mais elevada for a tensão de corte de funcionamento de um equipamento, mais curta será a vida útil da pilha ou bateria usada para o alimentar.»

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1. RaciocínioA tensão de corte é a tensão mínima com que o equipamento ainda funciona. Quanto mais elevada for, mais depressa a tensão da pilha desce abaixo desse nível (a tensão nos terminais diminui com o uso e com a corrente).
2. ConclusãoLogo, a vida útil é mais curta. Em equipamentos que toleram tensões mais baixas, a pilha continua a funcionar durante mais tempo. A afirmação é verdadeira.

18Médio Os gráficos apresentam curvas características U(I) de quatro fontes de tensão, A, B, C e D. Seleciona a opção correta.

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Opção

(C)

1. 📐 Fórmulasε = ordenada na origem · r = |declive|
2. (A) A e C: ε iguaisFalsa. A parte de uma ordenada mais alta do que C: as f.e.m. são diferentes.
3. (B) B maior ε e menor rFalsa. B parte da mesma ordenada que A (não tem maior f.e.m.) e é a mais inclinada: tem a maior resistência interna. Além disso, não há relação entre maior f.e.m. e menor r.
4. (C) A e B: ε iguaisVerdadeira. A e B começam na mesma ordenada, logo têm a mesma f.e.m. (B tem maior declive, isto é, maior r).
5. (D) A e C: r iguaisFalsa. C é menos inclinada do que A: as resistências internas são diferentes.

19Fácil Como determinar o valor da força eletromotriz da pilha? E o da sua resistência interna?

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1. 📐 FórmulasU = ε − r I
2. RespostaTraça-se a reta que melhor se ajusta aos pontos experimentais: a ordenada na origem dá ε e o módulo do declive dá r.

20Fácil Será possível medir a resistência interna de um gerador utilizando um ohmímetro?

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1. RespostaNão: o ohmímetro mede resistências aplicando ele próprio uma tensão ao componente; ligado a um gerador, danificá-lo-ia (e a resistência interna não está acessível: faz parte da própria pilha). Determina-se pelo declive da curva característica.

21Fácil Faz a distinção entre geradores ideais e não ideais.

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1. 📐 FórmulasU = ε − r I
2. IdealIdeal (r = 0): a tensão nos terminais é sempre igual a ε, qualquer que seja a corrente (curva horizontal).
3. Não idealNão ideal (r ≠ 0): a tensão diminui quando a corrente aumenta, devido à dissipação por efeito Joule na resistência interna.

22Médio Compara o valor da força eletromotriz obtido pela equação da reta de ajuste com o valor medido diretamente com o voltímetro, no final da experiência.

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1. 📐 FórmulasErro % = |valor exp. − valor ref.|valor ref. × 100
2. ComparaçãoOs dois valores devem ser muito próximos: a f.e.m. obtida pela ordenada na origem e a medida diretamente (circuito aberto) concordam dentro da incerteza.
3. Pequenas diferençasUma pequena diferença pode dever-se a a corrente do voltímetro não ser exatamente nula e ao desgaste da pilha durante a experiência.

23Fácil Como varia a resistência interna de uma pilha com o seu uso?

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1. RespostaA resistência interna aumenta com o uso (e a f.e.m. diminui ligeiramente).

24Médio Explica porque diminui a d.d.p. entre os terminais de um gerador quando diminui a resistência do circuito exterior ao qual está ligado.

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1. 📐 FórmulasI = εR + r · U = ε − r I
2. CorrenteCom R menor, a corrente aumenta.
3. TensãoCom I maior, a energia dissipada na resistência interna (r I²) e a queda r I aumentam; logo U = ε − r I diminui.

25Fácil Explica o facto de os geradores não fornecerem toda a energia elétrica que produzem: parte é dissipada dentro do próprio gerador.

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1. 📐 FórmulasP_total = ε I = U I + r I²
2. RespostaOs geradores reais têm resistência interna r; parte da potência total ε I é dissipada por efeito Joule nessa resistência (r I²), e só U I chega ao circuito exterior.

26Fácil O amperímetro liga-se…

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Opção

(B)

1. 📐 Fórmulasamperímetro em série
2. (A) em paralelo com a pilhaFalsa. em paralelo com a pilha seria um curto-circuito (resistência quase nula).
3. (B) em sérieVerdadeira. a corrente tem de atravessar o amperímetro.
4. (C) em paralelo com o reóstatoFalsa. em paralelo daria uma leitura errada e um curto-circuito.
5. (D) no interruptorFalsa. o interruptor só abre ou fecha o circuito.

27Fácil O voltímetro que mede a tensão nos terminais da pilha liga-se…

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Opção

(B)

1. 📐 Fórmulasvoltímetro em paralelo
2. (A) em série com a pilhaFalsa. em série impediria a corrente (resistência muito grande).
3. (B) em paralelo com a pilhaVerdadeira. mede a diferença de potencial entre os dois terminais da pilha.
4. (C) em série com o reóstatoFalsa. mediria a tensão no reóstato, não na pilha, e cortaria o circuito.
5. (D) em curto-circuitoFalsa. não mede nada e danifica o circuito.

28Fácil Para traçar a curva característica de uma pilha usam-se, no mínimo…

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Opção

(C)

1. 📐 Fórmulascurva = vários pontos
2. (A) 2Falsa. dois pontos não permitem avaliar a linearidade.
3. (B) 3Falsa. três é pouco para um bom ajuste.
4. (C) 5Verdadeira. com cerca de 5 valores de R obtém-se um bom ajuste linear.
5. (D) nenhumFalsa. é uma atividade experimental: mede-se.

29Médio

R (Ω)	U (V)	I (A)
1,5	1,26	0,838
3,0	1,39	0,463
6,0	1,46	0,244
12,0	1,51	0,126
24,0	1,53	0,064

Com os dados da tabela (pilha nova) obtém, com a calculadora, a equação da reta de ajuste de U em função de I. Indica ε e r.

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1. 📐 FórmulasU = ε − r I
2. EquaçãoRegressão linear: U = 1,55 − 0,35 I (SI), R² = 0,9990.
3. Característicasε = ordenada = 1,55 V; r = −declive = 0,35 Ω.

30Médio A f.e.m. medida diretamente foi 1,56 V. Compara com o valor obtido pela reta do exercício anterior (erro percentual).

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1. 📐 FórmulasErro % = |valor exp. − valor ref.|valor ref. × 100
2. ResultadoErro % = |1,55 − 1,56|1,56 × 100 = 0,6 %.

31Médio Ao longo da série, o circuito ficou sempre ligado e a pilha foi-se gastando. Este erro é…

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Opção

(B)

1. 📐 Fórmulaserro sempre no mesmo sentido ⇒ sistemático
2. (A) aleatórioFalsa. um erro aleatório variava ao acaso.
3. (B) sistemáticoVerdadeira. o desgaste desloca os resultados sempre no mesmo sentido: sistemático.
4. (C) instrumentalFalsa. não é um limite do aparelho.
5. (D) de cálculoFalsa. não é um erro de cálculo.

32Médio

R (Ω)	U (V)	I (A)
1,5	0,71	0,471
3,0	0,95	0,317
6,0	1,15	0,192
12,0	1,29	0,107
24,0	1,37	0,057

Repete-se a série com uma pilha usada (tabela). Obtém ε e r e compara r com o da pilha nova.

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1. 📐 FórmulasU = ε − r I · aumento (%) = r_usada − r_novar_nova × 100
2. Pilha usadaU = 1,46 − 1,60 I ⇒ ε = 1,46 V e r = 1,60 Ω.
3. Comparaçãoaumento = 1,60 − 0,350,35 × 100 ≈ 359 %.

33Difícil Três leituras de U para o mesmo R: 1,40 V; 1,41 V e 1,40 V. Indica o resultado com a incerteza.

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1. 📐 FórmulasŪ = U₁ + U₂ + U₃3 · u = |U_i − Ū|_máx
2. MédiaŪ = 1,40 + 1,41 + 1,403 = 1,40 V.
3. Resultadodesvios 0,00 · 0,01 · 0,00 ⇒ u = 0,01 V ⇒ U = (1,40 ± 0,01) V.

34Difícil Justifica por que se deve ligar o circuito apenas o tempo necessário para cada medição.

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1. DesgasteA pilha transforma energia sempre que passa corrente: se ficar ligada, ε e r alteram-se durante a série (erro sistemático).
2. AquecimentoAlém disso, a corrente grande aquece a pilha e as ligações, o que também muda r.