eletro1, Notas de estudo de Cultura

Baixe eletro1 e outras Notas de estudo em PDF para Cultura, somente na Docsity! leituras de física GREF vers ão p relim inar ELETROMAGNETISMO para ler, fazer e pensar 1 a 6 1. Onde não está a eletricidade? 2. Pondo ordem dentro e fora de casa 3. Elementos dos circuitos elétricos 4. Cuidado! É 110 ou 220? 5. A conta de luz 6. Exercícios Leituras de Física é uma publicação do GREF - Grupo de Reelaboração do Ensino de Física Instituto de Física da USP EQUIPE DE ELABORAÇÃO DAS LEITURAS DE FÍSICA Anna Cecília Copelli Carlos Toscano Dorival Rodrigues Teixeira Isilda Sampaio Silva Jairo Alves Pereira João Martins Luís Carlos de Menezes (coordenador) Luís Paulo de Carvalho Piassi Suely Baldin Pelaes Wilton da Silva Dias Yassuko Hosoume (coordenadora) ILUSTRAÇÕES: Fernando Chuí de Menezes Mário Kano GREF - Instituto de Física da USP rua do Matão, travessa R, 187 Edifício Principal, Ala 2, sala 305 05508-900 São Paulo - SP fone: (011) 818-7011 fax:(011) 818-7057 financiamento e apoio: Convênio USP/MEC-FNDE Sub-programa de educação para as Ciências (CAPES-MEC) FAPESP / MEC - Programa Pró-Ciência Secretaria da Educação do Estado de São Paulo - CENP A reprodução deste material é permitida, desde que observadas as seguintes condições: 1. Esta página deve estar presente em todas as cópias impressas ou eletrônicas. 2. Nenhuma alteração, exclusão ou acréscimo de qualquer espécie podem ser efetuados no material. 3. As cópias impressas ou eletrônicas não podem ser utilizadas com fins comerciais de qualquer espécie. junho de 1998 3 questões oba 1. Quantos presentes Isabel pensou em dar para sua Mamy? 2. Quais eram e quais não eram elétricos? Para finalizar essa introdução ao estudo da Eletricidade você vai fazer uma lista dos aparelhos, instrumentos, componentes elétricos e eletrônicos que usa ou conhece em casa, no trabalho ou no lazer. Essa lista será o ponto de partida para a sua próxima aula. Esquentar água, iluminar os ambientes internos de uma residência, escritório, providenciar uma torrada para o café da manhã, falar ao telefone, aspirar o pó, encerar o chão, fazer as contas para ver se o dinheiro vai dar para pagar as contas, assistir a um filme em video, ou a um jogo esportivo ao vivo, ouvir música, acordar ao som das notícias do dia, enviar um fax, receber recados gravados numa secretária elétrônica, enviar mensagens através de uma rede de computadores,..., são exemplos de atividades que fazemos hoje com a ajuda da Eletricidade. Não é à toa que nos momentos em que o fornecimento da Eletricidade é interrompido, a nossa vida sofre uma grande alteração: ficamos de certo modo desamparados quando estamos em nossa casa, a alegria é geral quando há dispensa das aulas na escola, o metrô e os trens urbanos não funcionam, os semáforos apagam, etc. A enciclopédia Mirador, apresenta para a palavra Eletricidade a seguinte conceituação: 1 Conceito . São fenômenos elétricos todos aqueles que envolvem cargas elétricas em repouso ou em movimento;as cargas em movimento são usualmente elétrons. A importância da eletricidade advém essencialmente da possibilidade de se transformar a energia da corrente elétrica em outra forma de energia: mecânica, térmica, luminosa, etc. ELETRICIDADE Uma outra maneira de percebermos a presença da eletricidade em nosso dia-a-dia consiste em fazer um levantamento das atividades que você fez hoje, desde o momento em que saiu da cama. Anote a resposta no caderno. A seguir assinale qual delas dependeu da eletricidade para ser realizada. 4 Eletricidade na natureza: relâmpago Eletricidade no corpo humano: impulsos elétricos do olho para o cérebro A visão é o sentido que domina a nossa vida! Ela começa com a luz refletida pelo objeto que estamos observando e que atinge o nosso olho. Após atravessar várias substâncias transparentes, é formada uma imagem invertida do objeto numa região do olho chamada retina. Ela é uma membrana transparente, cujo formato é semelhante ao do fundo de uma concha. Nas células da retina encontram-se substâncias químicas que são sensíveis à luz. A incidência da luz sobre tais substâncias produz impulsos elétricos que são enviados para uma deteminada região do cérebro através do nervo óptico. Embora a imagem na retina seja invertida é no cérebro que ela é colcada na posição normal. objeto imagem invertida nervo óptico cérebro sensação Os raios ou relâmpagos são descargas elétricas naturais que são produzidas quando se forma uma enorme tensão entre duas regiões da atmosfera ( 100.000 vezes maior que a tensão 220 volt de sua residência para ligar o chuveiro). Nessas condições, o ar não se comporta como um isolante elétrico e o valor da corrente elétrica pode atingir valores de até 200.000 ampères. Em certos casos pode-se sobreviver a um raio, desde que a corrente elétrica seja desviada dos orgãos vitais para as partes superficiais do corpo como a pele molhada de suor, a roupa molhada pela chuva ou também pelo medo. 5 2 Pondo ordem dentro e fora de casa Você vai organizar as "coisas" da eletricitridade ao mesmo tempo que se constrói um plano de curso Será que é possível organizar isso 8 Atividade experimental faça você mesmo... 2- Faça uma lista dos materiais acima identificados e classfique-os como condutores ou isolantes elétricos. 1- Você realizará nesta atividade, um levantamento dos componentes e dispositivos elétricos residenciais, a identificação das suas funções para a constatação de alguns parâmentros comuns aos aparelhos elétricos. Veja o exemplo a seguir e siga em frente com outros componentes. nome do componente ou dispositivo materiais utilizados função que desempenha no circuito soquete porcelana e latão faz a ligação entre a lâmpada e os fios de ligação fios de ligação interruptor plug tomada . . 9 3 Elementos dos circuitos elétricos Nessa aula você vai reconhecer os difentes tipos de circuitos e os seus elementos principais Ligar e desligar; abrir e fechar; acender e apagar; sintonizar; ... , Advinhe do que nós estamos falando? 1 0 3 Elementos dos circuitos elétricos Ao colocar um aparelho elétrico em funcionamento estamos fechando um circuito elétrico. Este circuito é contituido de aparelho elétrico; fonte de energia elétrica, que pode estar situada próximo ou distante do aparelho e fios de ligação que conectam adequadamente um ao outro. Para facilitar o manuseio, os circuitos elétricos contém um elemento extremamente importante que é o interruptor. Nos aparelhos elétricos o interruptor é o botão liga-desliga. Já no circuito elétrico residencial existem vários locais onde ele pode ser interrompido, tais como: chaves, disjuntores, tomadas, plugues, soquetes onde são rosqueadas as lâmpadas, dentre outros. A principal função dos fios de ligação em um circuito elétrico é delimitar o local que servirá como um caminho ou uma trilha através do qual a energia elétrica da fonte chega até o aparelho elétrico e com isso, ser utilizada por ele. Por exemplo, o fio de cobre utilizado na instalação elétrica residencial inclui uma capa plástica. O metal, nesse caso, é o caminho ou a trilha por onde a energia elétrica da fonte vai chegar até os aparelhos e a capa plástica que é um material isolante, delimita esse caminho. Quando a energia da fonte está sendo utilizada pelo aparelho, dizemos que o circuito está fechado e que há uma corrente elétrica. Se ligarmos uma lanterna e sua lâmpada acende, o seu circuito elétrico, constituido de filamento da lâmpada e seus pontos de contato, fios de ligação cujas extremidades são conectadas aos dois terminais da pilha, está fechado. Desse modo, a energia química da pilha, transformada em energia elétrica, é utilizada pela lâmpada. O mesmo se dá quando acendemos uma lâmpada ou ligamos um chuveiro, só que nestes casos, a fonte está longe e é de uso coletivo: é a usina. Ao discarmos para uma pessoa .com um telefone comum, através do sistema.de fios, estamos tentando fechar um circuito elétrico que envolve o aparelho da pessoa que disca, uma ou mais centrais tefônicas e o aparelho telefônico que está sendo chamado. Este circuito, que é parte da rede elétrica tefefônica, é constituido de fios de ligação e vários pontos de interrupção. Se o telefone da outra pessoa está fora do gancho, o circuto elétrico não fecha e, por isso, a ligação não se completa. O mesmo se dá quando o fone não é retirado do gancho, isto é, toca e ninguém atende. Mais recentemente, as ligações telefônicas também estão sendo realizadas através de micro-computadores onde a voz é substituida pela mensagem escrita na tela, Nesta situação, se a ligação entre os microcomputadores é feita através de fios condutores de eletricidade, vários pontos de interrupção são encontrados ao longo desse circuito e que durante a comunicação são acionados para fechá-lo. 1 3 4 Cuidado! É 110 ou 220 ? Aqui você vai aprender um pouco de Eletricidade com as informações das "chapinhas" dos aparelhos elétricos 4.pregador de botão 2 pilhas de 1,5 V llinha corrente Todo aparelho elétrico tem um folheto com instruções de uso e informações sobre as condições de seu funcionamento.Muitas vezes, elas também aparecem nas "chapinhas" fixadas nos próprios aparelhos. . ( escove os dentes após) 3. escovador de sapatos um pé por vez frequência de escovação 20 hertz 2. palitador de dentes 3 dentes por vez - 0,5 W Você vai escolher pelo menos 5 aparelhos elétricos de sua casa e anotar todas as informações que estão nas suas "chapinhas". Veja como fazer observando o exemplo a seguir: aparelhos elétricos informações dos fabricantes 1. ventilador de bolso 60 voltas por minuto - cc 15 watts 1 4 4 Cuidado! É 100 ou 220 ? Com o levantamento das informações você deve ter percebido que elas podem aparecer de diferentes maneiras: existem números, letras, palavras e sinais. O importante é saber que muitas vezes apesar de aparecer de forma diferente trata-se da mesma informação. Por exemplo: em alguns aparelhos vem escrito 110V; em outros vem escrito voltagem 110V; já em outros essa mesma informação aparece como tensão elétrica 110 volts. aparelho informação do fabricante aspirador de pó 110 volts máquina de lavar roupa tensão elétrica 110V lâmpada 110V Veja que por simples comparação você pode saber que se trata de várias informações a respeito de uma mesma grandeza elétrica, que no caso é a tensão, o seu valor numérico, que é 110; a sua unidade de medida que é volt e o símbolo de sua unidade que é V. Se você observar o conjunto das informações que aparecem nos aparelhos perceberá que existem outras grandezas elétricas, com outros valores, unidades de medida e símbolos diferentes. Que outras grandezas elétricas você identificou nas informações dos fabricantes? Para organizar as suas respostas você pode construir uma tabela como a ilustrada a seguir: nome da grandeza o valor e sua unidade o símbolo 1. tensão elétrica 110/220 volts V 2. ... .... .. ... .... .. Através do levantamento das informações fornecidas pelos fabricantes de aparelos elétricos e sua organização em tabelas de acordo com o que você acabou de fazer, foram identificadas algumas das principais grandezas elétricas. Comentaremos algo sobre elas a partir de agora. Tensão elétrica ou voltagem ( U ) Os aparelhos elétricos que são ligados na tomada ou à rede elétrica da residência trazem escrito os valores de 110V ou 220V. Alguns aparelhos como os rádios, por exemplo, permitem que se ajuste o aparelho à tensão da rede elétrica da residência da cidade onde você mora e que pode ser 110V ou 220V. Outros aparelhos como a geladeira, a máquina de lavar, o ferro de passar roupa, o liquidificador,..., não tem tal botão que permite o ajuste da tensão. Eles funcionam ou na tensão 110V ou na 220V. No caso de um desses aparelhos ser ligado numa tensão maior que a especificada pelo fabricante, ele queima quase que imediatamente. Se ele for ligado a uma tensão menor que a especificada, ou o aparelho não funciona ou funciona precariamente. 3. 1 5 Potência ( P ) A potência é a grandeza elétrica que indica o consumo de energia elétrica do aparelho em cada unidade de tempo de seu funcionamento. Por exemplo, se uma lâmpada tem potência de 100 watt, significa que em cada segundo de funcionamento ela consome 100 joules de energia elétrica. A maioria dos aparelhos elétricos tem apenas um valor de potência, mas existem alguns que trazem escrito mais de um valor como por exemplo o chuveiro elétrico. Nesse caso, ele tem geralmente um valor para a posição verão e outro para o inverno. No verão, onde a água é menos aquecida, o valor é menor. No inverno, onde a água é mais aquecida, o valor da potência é maior e, consequentemente, o consumo da energia elétrica é também maior. Corrente elétrica ( i ) A maioria dos aparelhos elétricos não traz essa informação especificada. Ela, entretanto, está presente em todos os aparelhos elétricos quando eles estão em funcionamento. A corrente elétrica é uma grandeza cujo valor depende da potência do aparelho e também da tensão em que ele é colocado para funcionar. Por exemplo, uma lâmpada de 100 watt feita para funcionar na tensão 110 volts, quando ligada requer maior corrente elétrica que uma de potência de 60 watt e de mesma tensão. É por essa razão que a lâmpada de 100 watt apresenta luminosidade maior que a de 60 watt. Existem dois tipos de corrente elétrica: a corrente contínua que é fornecida por pilhas e baterias e a corrente alternada que é aquela fornecida pelas usinas para as casas, indústrias, etc. A corrente contínua tem valor que não se altera para um mesmo aparelho e tem como símbolo nos folhetos ou mesmo nas chapinhas dos aparelhos as letras "CC" ou "DC". A corrente alternada tem um valor que varia dentro de um intervalo durante o funcionamento de um mesmo aparelho elétrico. Ela tem como símbolos as letras "CA" ou "AC" ou mesmo o sinal ~ . Freqüência (f ) Embora a freqüência seja uma grandeza que comparece na maioria dos aparelhos elétricos nos valores 50/60 e na unidade hertz (Hz) ela não é usada somente na eletricidade. Nesse caso, ela se refere a uma característica da corrente elétrica alternada obtida com as usinas geradoras de eletricidade. No Brasil, a freqüência da corrente alternada é de 60 hertz, ou seja, 60 ciclos por segundos. Há países como Portugal e o Paraguai onde a freqüência é de 50 hertz. 1 8 Toda vez que um aparelho elétrico entra em funcionamento, ocorre uma transformação de energia elétrica em outras formas de energia como luminosa, sonora, mecânica de rotação, térmica, dentre outras. Sem uma fonte de energia elétrica adequada e em condições de funcionamento, os aparelhos de nada servem. As pilhas, as baterias, os acumuladores (usualmente chamados de baterias de automóveis e motos) e as usinas são as fontes de energia elétrica mais utilizadas no nosso dia-a-dia. O acesso e a utilização de tais fontes, representa, para nós, um custo a pagar, seja na hora da compra das pilhas e baterias nos bares, mercados, relojoeiros,..., no auto- elétrico, seja na hora de pagar a conta de energia elétrica, comumente chamada de “conta de luz”. A partir desse momento, passaremos a analisar do que se compõe e como se calcula o custo da energia elétrica em nossas casas, que é fornecida pelas usinas geradoras de eletricidade através das companhias distribuidoras. Observe o modelo de uma conta de luz e responda às questões que vem a seguir. 5 Conta de luz 1 9 Algumas companhias distribuidoras de eletricidade adotam valores diferentes para certas faixas de kWh consumidos, conforme está indicado na figura a seguir. 1.DATA DE VENCIMENTO __________________________ 2.MULTA POR ATRASO __________________________ 3. TOTAL A PAGAR __________________________ 4. CONSUMO E UNIDADE________________________ O consumo representa a quantidade de energia consumida ou utilizada por sua residência. Ela é medida em kWh que significa quilo watt-hora. O quilo é o mesmo do quilograma, quilometro, e significa 1.000 vezes. Já watt- hora representa a medida da energia elétrica. Embora possa lhe parecer “estranho” que watt-hora seja uma unidade de energia (você se lembra de uma outra?) recorde que watt é uma unidade de potência e hora uma unidade de tempo. O produto potência x tempo resulta na energia. Assim, watt-hora representa o produto da potência pelo tempo e 1kWh é 1.000. watt-hora. Essa unidade é a medida da energia elétrica utilizada pelas casas porque a potência dos aparelhos elétricos é medida em watt e o tempo de funcionamento dos aparelhos em horas. Se você dividir o valor total a pagar o já pago pelo consumo, ou seja, a quantidade de kWh utilizados pela sua casa, obterá o valor médio de quanto lhe custou cada kWh de energia. Faça o cálculo e anote o valor encontrado aqui: 1kWh = _________ A quantidade de energia que você utiliza em casa depende de dois fatores básicos:a potência dos aparelhos e o tempo de funcionamento. Os dois fatores, ao contrário do que se imagina, são igualmente importantes, quando se pensa o custo a pagar pela energia elétrica utilizada. Um aparelho de baixa potência mas que funciona durante muito tempo diariamente, pode gastar tanto ou mais energia que um outro aparelho de maior potência que funciona durante pouco tempo. O valor indicado na conta como consumo da energia elétrica representa a somatória do produto da potência de cada aparelho elétrico pelo tempo de funcionamento entre uma medida e outra. Esse valor é obtido a partir de duas leituras realizadas, em geral, no período de trinta dias. No "relógio de luz", essa leitura é feita através da indicação de 4 ponteiros, da esquerda para a direita, conforme indica o exemplo a seguir. leitura realizada no início do mês de abril ENERGIA = POTÊNCIA X TEMPO E = P X t leitura realizada no início do mês de maio consumo = 5 107 - 3 731 = 376 kWh 2 0 exercitando .... A conta de luz de uma residência indica o valor a pagar igual a $76,00. O consumo da energia elétrica medido em kWh é 443. Qual é, em média, o valor pago por 1kWh? Compare o valor encontrada com o calculado na página anterior. Admitindo-se que o mês de utilização seja o mesmo, explique a difença no valor encontrado 1. Custo e imposto Um aluno do colegial leu o anúncio reproduzido abaixo e ficou com a seguinte dúvida: comprar o secador de cabelos mais potente e mais caro ou comprar o mais barato e menos potente? Ajude o aluno a resolver este problema, pois ele ainda não estudou eletricidade, discutindo as vantagens e desvantagens de cada um. 2. Dilemas da juventude faça você mesmo A soma de todos os produtos da potência pelo tempo de funcionamento medido em horas, indica a energia utilizada em uma semana medida em watt-hora. Para saber o consumo mensal, basta multiplicar por 4, que é o número de semanas por mês. Dividindo-se por 1000, o resultado será o valor do consumo medido em kWh. Faça as contas e compare com o valor impresso em sua conta. Verifique se eles são próximos ou muito diferentes. Tente explicar as razões das possíveis diferenças. Você pode ter idéia se o consumo indicado na sua "conta de luz" não está fora da realidade por erro de leitura, fazendo a atividade proposta a seguir. Para tanto, utilize a tabela abaixo e anote os valores referentes a cada uma das colunas. O tempo de funcionamento de cada aparelho deve ser o mais preciso possível. Lembre-se que a geladeira e o freezer, funcionam, em média, 8 horas por dia, pois eles ligam e desligam . Se você tiver rádio-relógio, leve em conta apenas o tempo de funcionamento do rádio pois o relógio tem consumo muito pequeno. CABELOS LONGOS, BEM CUIDADOS VALORIZAM SEU VISUAL! ANÚNCIOS MÁGICOS Por apenas $45,00, você adquire um secador de cabelos de 1000 WATT, ou se preferir, por $31,50, você leva um de 800 watt. 2 3 exercitando ... 1. Analise as figuras abaixo e responda 2. Que informações estão sendo fornecidas em cada um dos ítens abaixo: a) 110/127V c) 123 WCA b) 3V CC d) 50/60 Hz 3. Como se dá a transmissão e a recepção em aparelhos que transmitem sem fio? 4.A figura é a reprodução de uma parte da conta de luz. a) É possível calcular o consumo de energia de uma residência sem usar a informação da conta? Como? Que dados são necessários? b) Se na residência da conta acima fosse acrescentada uma secadora de 1 200W, usada 50 horas por mês, para quanto iria o consumo? E o custo? 5. Numa conta de luz encontramos o seguinte valor 234 kWh. Ele se refere a: a. potência consumida b. tensão consumida c. energia consumida d. corrente do circuito aparelhos resistivos motores eléricos fontes de energia elétrica a) Explique a classificação dos aparelhos dada acima. b) Há aparelhos que podem ser classificados em mais de um critério. Dê exemplos e justifique a resposta. c) Que tipos de transformações de energia ocorrem nos aparelhos resitivos? E nos motores? d) As fontes de energia produzem energia elétrica ou simplesmente transformam? Explique. 2 4 1. Em um secador de cabelo as informações fornecidas pelo fabricante são: (110V; 50-60Hz; 100W). Esse aparelho quando ligado durante 10 minutos "gasta" mais energia que: I - Uma lâmpada 110V-60W II - Uma lâmpada de 220V-100W III - Uma lâmpada de 110V-150W Ligadas também durante 10 minutos cada uma. 6. Observe a figura e responda: a. Qual a energia gasta por essa lâmpada em uma hora? b.De onde vem essa energia? c.Toda essa energia é transformada em luz? Explique. d.Essa lâmpada é usada normalmente em corrente contínua ou alternada? e.Explique a diferença entre esses dois tipos de corrente. 7. Uma residência pagou $65,00 (valor em merrecas) pelo consumo de 384 kWh. Qual o valor médio pago por cada kWh? 8.Uma lâmpada de filamento apresenta o valor escrito sobre o vidro. O que é e qual o significado desse valor? teste seu vestibular... 6. Uma lâmpada com inscrição (110V-100W) brilha mais ou menos que uma outra de (220V-60W)? A que se refere os números e letras impressos nessas lâmpadas? 7) Um chuveiro de 2 800W/220V é usado 30 horas por mês, enquanto um aquecedor de 1 200W/110V é usado 50 horas no mesmo período. Qual dos dois consome mais energia? 8) Para secar o cabelo, um jovem dispõe de dois secadores elétricos: um de 1200W-110V e outro de 700W-110V. Discuta as vantagem em se utilizar um e outro. 100W