As baterias são fundamentais no mundo moderno, sendo a fonte de energia portátil que alimenta dispositivos como celulares e laptops, veículos elétricos e sistemas de armazenamento de energia renovável. Duas grandezas que caracterizam uma bateria é a sua capacidade de carga elétrica, expressa em miliampère-hora (mAh) e a energia que ela armazena, usualmente dada em watts-hora (Wh).
Uma bateria inicialmente carregada fornece uma corrente constante de i = 4 000 mA durante o tempo ∆t = 1 hora, ficando descarregada no final desse processo. A carga elétrica Q, que circula por essa bateria nesse intervalo de tempo é
De forma simplificada, o comportamento de uma bateria pode ser modelado com uma fonte ideal de diferença de potencial elétrico Ub em série com um resistor de resistência Rb . Dessa maneira, o dispositivo que é alimentado pela bateria pode, muitas vezes, ser representado por um resistor de resistência R. voltímetro
bateria
Ub = 3,6 V R = 6,0 Ω Rb = 1,2 Ω
Na situação exemplificada na figura, a diferença de potencial registrada pelo voltímetro é
Operando em condições ótimas, um painel solar gera energia elétrica com potência P=462 W e diferença de potencial Upainel=42 V nos seus terminais. Para que a energia gerada seja armazenada numa bateria de diferença de potencial Ubat=12 V, usa-se um controlador de carga que ajusta a diferença de potencial (ver figura). Numa situação ideal em que toda a energia gerada pelo painel é armazenada na bateria, quais os valores das correntes elétricas ipainel e ibat nos terminais do painel e da bateria, respectivamente?
A área de um painel solar que gera uma potência elétrica P=462 W é A=2,5m2. A intensidade da radiação solar que incide no painel (potência da radiação solar por unidade de área) é Isolar=924W/m2. Qual é a eficiência do painel solar, ou seja, a razão entre a energia elétrica gerada e a energia solar que incide no painel num dado intervalo de tempo?
Sabemos que correntes elétricas acima de um décimo de Ampère podem provocar paradas cardíacas. Imediatamente após um raio atingir o solo, o potencial elétrico na superfície diminui gradativamente em função da distância ao ponto de impacto,
como ilustrado pelas curvas equipotenciais da figura. Sendo a resistência do corpo humano R = 80 kΩ, a corrente elétrica que atravessa o corpo da pessoa ilustrada na figura, com os dois pés em contato com o chão, será igual a
Em outro processo de esterilização, uma lâmpada UV de potência P=60 W funciona sob uma diferença de potencial elétrico U=100 V. A potência elétrica pode ser expressa também em kVA, sendo 1kVA=1000V×1A=1000 W. A corrente elétrica i do circuito que alimenta a lâmpada é igual a
Considere um drone que utiliza uma bateria com carga total q=900 mAh. Se o drone operar por um intervalo de tempo igual a Δt=90 min, a corrente média fornecida pela bateria nesse intervalo de tempo será igual a
Nos últimos anos, materiais exóticos conhecidos como isolantes topológicos se tornaram objeto de intensa investigação científica em todo o mundo. De forma simplificada, esses materiais se caracterizam por serem isolantes elétricos no seu interior, mas condutores na sua superfície. Desta forma, se um isolante topológico for submetido a uma diferença de potencial U, teremos uma resistência efetiva na superfície diferente da resistência do seu volume, como mostra o circuito equivalente da figura abaixo. Nessa situação, a razão F=ivis entre a corrente is que atravessa a porção condutora na superfície e a corrente iv que atravessa a porção isolante no interior do material vale
Materiais termoelétricos são aqueles com alto potencial de transformar calor em energia elétrica. A capacidade de conversão de calor em eletricidade é quantificada pela grandeza F=κS2σT, que é adimensional e função da temperatura T e das propriedades do material: resistividade elétrica ρ (com σ=1/ρ), condutividade térmica κ e coeficiente Seebeck S. O gráfico a seguir mostra ρ em função de T para certo material termoelétrico. Analisando o gráfico e considerando κ=2,0 W/(m·K) e S=300μV/K para esse material, a uma temperatura T=300 K, conclui-se que a grandeza F desse material a essa temperatura vale
Tecnologias móveis como celulares e tablets têm tempo de autonomia limitado pela carga armazenada em suas baterias. O gráfico abaixo apresenta, de forma simplificada, a corrente de recarga de uma célula de bateria de íon de lítio, em função do tempo. Considere uma célula de bateria inicialmente descarregada e que é carregada seguindo essa curva de corrente. A sua carga no final da recarga é de
Muitos dispositivos de aquecimento usados em nosso cotidiano usam resistores elétricos como fonte de calor. Um exemplo é o chuveiro elétrico, em que é possível escolher entre diferentes opções de potência usadas no aquecimento da água, por exemplo, morno (M), quente (Q) e muito quente (MQ). Considere um chuveiro que usa a associação de três resistores, iguais entre si, para oferecer essas três opções de temperatura. A escolha é feita por uma chave que liga a rede elétrica entre o ponto indicado pela letra N e um outro ponto indicado por M, Q ou MQ, de acordo com a opção de temperatura desejada. O esquema que representa corretamente o circuito equivalente do chuveiro é
Um osciloscópio é um instrumento muito útil no estudo da variação temporal dos sinais elétricos em circuitos. No caso de um circuito de corrente alternada, a diferença de potencial (U) e a corrente do circuito (i) variam em função do tempo. Considere um circuito com dois resistores R1 e R2 em série, alimentados por uma fonte de tensão alternada. A diferença de potencial nos terminais de cada resistor observada na tela do osciloscópio é representada pelo gráfico abaixo. Analisando o gráfico, pode-se afirmar que a amplitude e a frequência da onda que representa a diferença de potencial nos terminais do resistor de maior resistência são, respectivamente, iguais a
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