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Prof. Luis Teixeira — Física | Matemática Reforço
Escolar

Física 9º ano

Eletricidade e conta de luz

F059º ano10 exercíciosSimulador autoral

Toda vez que você liga uma lâmpada, cargas elétricas circulam por um caminho fechado empurradas pela tensão da tomada ou da pilha. No simulador você monta um circuito simples, mede corrente e tensão, vê o brilho da lâmpada mudar com a potência e calcula quanto um aparelho pesa na conta de luz.

Antes, convém saber: Energia e suas transformações

Resumo

O essencial do tema

Carga elétrica

A matéria é feita de átomos com prótons (carga positiva), elétrons (carga negativa) e nêutrons (sem carga). Cargas de mesmo sinal se repelem e de sinais opostos se atraem. Nos condutores (metais), há elétrons livres que se movem com facilidade; nos isolantes (borracha, plástico, vidro), não. A carga é medida em coulombs (C).

Corrente elétrica

Corrente é o movimento ordenado de cargas num caminho fechado (circuito). Sua intensidade é a carga que passa por segundo: $i=\frac{Q}{\Delta t}$, medida em ampères ($1\,\text{A}=1\,\text{C/s}$). Nos fios, quem se move são os elétrons, do polo negativo para o positivo; por convenção, o sentido da corrente é o contrário, do $+$ para o $-$. A corrente é medida pelo amperímetro, ligado em série.

Tensão elétrica

A tensão (ou diferença de potencial, ddp) é o “empurrão” que a fonte dá nas cargas, medida em volts (V). Uma pilha comum tem $1{,}5$ V, uma bateria de carro $12$ V, e as tomadas residenciais, $127$ V ou $220$ V. Ela é medida pelo voltímetro, ligado em paralelo com o aparelho.

Resistência e lei de Ohm

A resistência $R$ mede a dificuldade que um aparelho oferece à passagem da corrente, em ohms ($\Omega$). Para muitos condutores vale a lei de Ohm: $U=R\,i$. Com a mesma tensão, maior resistência significa menor corrente. Na resistência, a energia elétrica vira calor (efeito Joule): é assim que funcionam chuveiro, ferro de passar e lâmpadas incandescentes.

Potência elétrica

Potência é a energia elétrica transformada por segundo: $P=U\,i$, em watts. A etiqueta “$60$ W – $127$ V” quer dizer: ligada em $127$ V, a lâmpada consome $60$ W. Com a lei de Ohm, também vale $P=\frac{U^2}{R}$. Numa lâmpada incandescente, mais potência significa mais brilho.

Energia e a conta de luz

A conta cobra energia, não potência: $E=P\cdot\Delta t$. Com $P$ em kW e $\Delta t$ em horas, a energia sai em kWh. Para converter: W $\div1000=$ kW e minutos $\div60=$ horas. Um chuveiro de $5{,}5$ kW ligado $10$ h no mês gasta $55$ kWh; a R$ 0,80 por kWh, são R$ 44,00.

Atenção

Erros comuns

Simulador autoral

Bancada do circuito

Carregando o simulador…

Abrir só o simulador em outra aba · feito em HTML pelo Prof. Luis Teixeira

Experimente

  1. Aperte iniciar para ver os elétrons andando no fio. Aumente a tensão: a corrente, a potência e o brilho da lâmpada aumentam.
  2. Fixe a tensão e aumente a resistência: a corrente cai, como manda $U=R\,i$. Confira as leituras do amperímetro e do voltímetro.
  3. Toque no interruptor (ou desmarque “chave fechada”): com o circuito aberto, a corrente para em todo o fio, não só na lâmpada.
  4. No painel de consumo, escolha um aparelho e as horas de uso por dia e veja quantos kWh e quantos reais ele soma na conta do mês.
Resolvidos

Exemplos resolvidos

  1. Um chuveiro de $4400$ W funciona ligado em $220$ V. Qual é a corrente que passa por ele e qual é a sua resistência?

    Ver a resolução passo a passo
    Da potência: $i=\frac{P}{U}=\frac{4400}{220}=20$ A. Da lei de Ohm: $R=\frac{U}{i}=\frac{220}{20}=11\,\Omega$. Confira: $P=\frac{U^2}{R}=\frac{48\,400}{11}=4400$ W.
  2. Uma lâmpada incandescente de $60$ W, acesa $8$ horas por dia, foi trocada por uma de LED de $8$ W. Qual é a economia de energia em $30$ dias e quanto isso representa na conta, a R$ 0,80 por kWh?

    Ver a resolução passo a passo
    Incandescente: $E=0{,}060\,\text{kW}\cdot8\,\text{h}\cdot30=14{,}4$ kWh. LED: $E=0{,}008\cdot8\cdot30=1{,}92$ kWh. Economia: $14{,}4-1{,}92=12{,}48$ kWh. Em dinheiro: $12{,}48\cdot0{,}80\approx9{,}98$, ou seja, cerca de R$ 9,98 por mês. Cuidado: $1{,}92$ kWh é o consumo do LED, não a economia.
Roteiro

Como estudar este tema

  1. Leia o resumo e monte uma tabela com tensão, corrente, resistência, potência e energia, cada uma com sua unidade.
  2. Faça os exemplos resolvidos e confira cada conversão de W para kW e de minutos para horas.
  3. No simulador, escolha uma tensão e três resistências e confira a lei de Ohm com as leituras.
  4. Resolva os exercícios básicos e intermediários.
  5. Abra a aula interativa do professor sobre a conta de luz e termine com os aplicados, que são questões no estilo do ENEM.
Exercícios

Teste o que você aprendeu

Resolva no papel antes de abrir a resposta. Conferir cedo demais atrapalha o aprendizado.

  1. Básico

    Um resistor de $4\,\Omega$ é ligado a uma bateria de $12$ V. Qual é a corrente?

    Ver resposta

    $3$ A. $i=\frac{U}{R}=\frac{12}{4}$.

  2. Básico

    Por uma lâmpada ligada em $120$ V passa uma corrente de $0{,}5$ A. Qual é a sua potência?

    Ver resposta

    $60$ W. $P=U\,i=120\cdot0{,}5$.

  3. Básico

    Um aquecedor de $2000$ W fica ligado durante $3$ h. Quanta energia ele consome, em kWh?

    Ver resposta

    $6$ kWh. $E=2\,\text{kW}\cdot3\,\text{h}=6$ kWh.

  4. Básico

    Uma carga de $10$ C atravessa um fio em $2$ s. Qual é a intensidade da corrente?

    Ver resposta

    $5$ A. $i=\frac{Q}{\Delta t}=\frac{10}{2}$.

  5. Intermediário

    Um secador de cabelo tem a etiqueta “$1100$ W – $220$ V”. Qual é a corrente e a resistência dele em funcionamento?

    Ver resposta

    $i=5$ A e $R=44\,\Omega$. $i=\frac{1100}{220}=5$ A e $R=\frac{220}{5}=44\,\Omega$.

  6. Intermediário

    Uma TV de $100$ W fica ligada $5$ h por dia. Quanto ela consome em $30$ dias e quanto custa, a R$ 0,80 por kWh?

    Ver resposta

    $15$ kWh e R$ 12,00. $E=0{,}1\cdot5\cdot30=15$ kWh e $15\cdot0{,}80=12$.

  7. Intermediário

    Um chuveiro de $5500$ W é usado $15$ minutos por dia. Qual é o consumo em $30$ dias?

    Ver resposta

    $41{,}25$ kWh. $15$ min $=0{,}25$ h, então $E=5{,}5\cdot0{,}25\cdot30=41{,}25$ kWh.

  8. Intermediário

    Uma régua de tomadas suporta até $20$ A e está ligada em $110$ V. Dá para usar ao mesmo tempo um ar-condicionado de $1100$ W, uma cafeteira de $900$ W e um secador de $750$ W?

    Ver resposta

    Não. A potência máxima é $P=U\,i=110\cdot20=2200$ W. Juntos, os aparelhos somam $1100+900+750=2750$ W, o que exige $i=\frac{2750}{110}=25$ A, acima do limite.

  9. Aplicado

    Uma lâmpada incandescente de $60$ W, acesa $8$ h por dia, é trocada por uma de LED de $8$ W. Qual é a redução do consumo em $30$ dias, em kWh?

    Ver resposta

    $12{,}48$ kWh. A diferença de potência é $60-8=52$ W $=0{,}052$ kW. Em $8\cdot30=240$ h: $0{,}052\cdot240=12{,}48$ kWh.

  10. Aplicado

    (ENEM) Um carro elétrico roda $5{,}0$ km com cada kWh. Depois de um percurso de $110$ km, ele é recarregado por um carregador de $220$ V percorrido por $20$ A. Quantas horas leva a recarga?

    Ver resposta

    $5$ h. Energia gasta: $\frac{110}{5{,}0}=22$ kWh. Potência do carregador: $P=220\cdot20=4400$ W $=4{,}4$ kW. Tempo: $\Delta t=\frac{22}{4{,}4}=5$ h.

Do professor

Material das aulas particulares

Os mesmos slides e fichas usados nas aulas. Bom para revisar ou se aprofundar depois dos exercícios.

Referências

Para aprofundar

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