Questões de Eletrodinâmica e circuitos da ONC

Ilhas distantes da costa precisam produzir sua própria energia elétrica, o que é geralmente realizado por usinas termelétricas movidas a diesel. Atualmente, programas de energia limpa estão sendo implementados para substituir a dependência do diesel. Na famosa ilha de Fernando de Noronha, por exemplo, usinas fotovoltaicas e eólicas assumem 20% da produção de energia elétrica.

Primeira usina solar de Fernando de Noronha

Fonte:Portal Naynneto

À noite, apenas as termelétricas alimentam as unidades consumidoras e a iluminação pública, já que, atualmente, os geradores eólicos abastecem apenas os carros elétricos da ilha. No pico de consumo, entre 18h e 19h, a rede elétrica de Fernando de Noronha exige uma produção de 4.950 kW de energia para manter estável a tensão eficaz de 220 V estabelecida nas unidades consumidoras.

Calcule a soma de todas as correntes elétricas eficazes nos aparelhos que estão funcionando no pico de consumo, considerando que 20% da energia elétrica produzida é dissipada por efeito Joule na rede de distribuição da ilha.

A fibrilação ventricular está presente em 90% das paradas cardíacas. Essa irregularidade cardíaca ocorre quando os múltiplos impulsos elétricos que controlam os ventrículos tornam-se caóticos, deixando o coração eletricamente ativo, mas mecanicamente ineficaz. O desfibrilador faz passar pelo coração uma corrente elétrica contínua que reinicia o sistema elétrico desse órgão, normalizando seu funcionamento. Os eletrodos ligados ao desfibrilador são posicionados conforme animação abaixo. A resistência entre os eletrodos depende das características do corpo da pessoa e da forma que os eletrodos são manuseados. No desfibrilador, a energia usada no choque elétrico pode ser selecionada. Devido à incerteza da resistência e da corrente que reinicia o coração, geralmente o médico opta por uma série de choques, começando com uma menor quantidade de energia.

Fonte: Equipe ONC.

Digamos que um médico conseguiu reanimar um paciente quando passou pelo seu coração, uma corrente de 10 A, o que aconteceu quando a energia selecionada foi 200 J. A resistência estabelecida pelo tórax entre os eletrodos foi de 250 Ω. O eletrodo colocado logo abaixo da clavícula direita é o positivo. Considerando que foi estabelecida uma corrente constante durante o pulso, identifique a alternativa correta.

Uma casa era alimentada pela rede elétrica com uma tensão fixa de 120 V, estabelecida entre os pontos A e B, os terminais da casa. Os únicos aparelhos elétricos desta casa eram uma lâmpada e um chuveiro elétrico. Um desses aparelhos possui uma resistência elétrica igual a 300 vezes a do outro e seus modelos são simples, encontrados em casas humildes. A imagem abaixo mostra duas montagens elétricas para conectar esses aparelhos aos terminais da casa.

Fonte: Equipe ONC.

Cada fio possui resistência igual à ⅛ da resistência do chuveiro, exceto os fios que ligam os aparelhos aos pontos A’ e B’, os quais possuem resistências desprezíveis. D, D1 e D2 são disjuntores. Sobre essas montagens, avalie as afirmações a seguir e assinale a opção correta. I. Na montagem 1, quando o chuveiro for ligado, a redução na luminosidade da lâmpada é perceptível (mais que 10%). II. Na montagem 2, a lâmpada iluminará com a mesma intensidade com ou sem o chuveiro estar ligado. III. A montagem 1 é mais cara, porém permite que faça uma troca de um desses aparelhos elétricos ou um conserto sem precisar desligar o outro e com total segurança.

No final do século XIX, ocorreu a guerra das correntes: uma das mais famosas disputas no campo da aplicação do conhecimento científico. De um lado tinha o famoso inventor e poderoso empresário, Thomas Edison, o qual defendia a transmissão de energia elétrica por meio de corrente contínua e baixa voltagem. Do outro lado, Nicolas Tesla, um jovem e promissor inventor que defendia a transmissão por corrente alternada e alta voltagem. O ponto final dessa disputa ocorreu quando uma das empresas vinculadas a esses dois inventores venceu a concorrência de projetar o sistema que iria transmitir energia por 25 km de uma usina hidrelétrica até a cidade de Buffalo, nos EUA. Essa usina teria a capacidade de produzir até 11 MW de energia elétrica sob tensão de 2.200 V. Na outra extremidade da linha de transmissão, a cidade de Búfalo deveria receber energia sob tensão próxima de 110 V.

No projeto de Tesla, a tensão era aumentada para 11 kV pelos transformadores juntos à usina e era diminuída pelos transformadores juntos a Buffalo. No projeto de Edson, os transformadores de tensão não poderiam ser usados, pois não funcionam com corrente contínua. Venceu aquele projeto que desperdiçaria menos energia.

Considerando que a linha de transmissão possui apenas dois fios iguais e paralelos e que os fios possuem 8 mΩ por km, quantos MW o projeto perdedor desperdiçaria a mais que o projeto vencedor se a usina estivesse produzindo o máximo de potência?

Nas imagens abaixo, vemos uma conta de energia elétrica de uma residência e uma etiqueta de uma televisão dessa residência. Essa conta computou o consumo de energia elétrica durante os dias de junho de 2020, mês que possui 30 dias.

Fonte: Equipe da ONC.

Se, durante o referido mês, essa televisão foi usada durante 4 h por dia, seu consumo representa que percentual do total de energia elétrica consumida pela casa?

O método de desinfecção caseira mais conhecido é a fervura. Não é um método de esterilização, mas mata a grande maioria de microrganismos devido à desnaturação de proteínas após 15 min de fervura. Digamos que uma pessoa deseje aplicar esse método em 0,9 litro de água que inicie à 20 °C de temperatura. Ela usa um fogão elétrico que funciona sob tensão de 120 V e possui uma resistência de 40 Ω. Nessa situação, podemos desprezar a evaporação e considerar que todo calor produzido foi absorvido pela água. Determine a proposição CORRETA.

Dados:
calor específico da água = 1 cal/g°C
calor latente de ebulição da água = 540 cal/g
densidade da água = 1 kg/L
1 cal = 4 J