Exercícios: Conservação da energia nos circuitos

Uma pilha de força eletromotriz $\varepsilon = 12\ \text{V}$ e resistência interna $r = 0,50\ \Omega$ alimenta um resistor de $5,5\ \Omega$. A corrente no circuito é $2,0\ \text{A}$.

1. a) Calcula a potência total fornecida pela pilha, $P = \varepsilon \cdot I$.
2. b) Calcula a potência dissipada por efeito Joule no resistor.
3. c) Calcula a potência dissipada por efeito Joule no interior da pilha.
4. d) Verifica que a potência fornecida pela pilha é igual à soma das potências dissipadas e relaciona esse facto com o princípio da conservação da energia.

Uma bateria recarregável de $12\ \text{V}$ tem uma capacidade de $40\ \text{A} \cdot \text{h}$, ou seja, consegue fornecer $40\ \text{A}$ durante $1\ \text{h}$ (ou, por exemplo, $4\ \text{A}$ durante $10\ \text{h}$) antes de precisar de ser recarregada.

1. a) Calcula a energia elétrica máxima que a bateria consegue fornecer, em watt-hora ($\text{Wh}$).
2. b) Exprime essa energia em joules e em quilojoules.
3. c) A bateria alimenta um frigorífico portátil de $48\ \text{W}$. Determina durante quantas horas, no máximo, o consegue alimentar.
4. d) Sabendo que a bateria também dissipa energia internamente por efeito Joule, indica, justificando, se o tempo de funcionamento real será maior ou menor do que o valor calculado em c).

Uma lâmpada de campismo é alimentada por uma bateria recarregável. Em cada hora de funcionamento, a bateria fornece à lâmpada $36\ \text{kJ}$ de energia elétrica, dos quais $9\ \text{kJ}$ são transformados em energia luminosa, como mostra o diagrama da figura.

1. a) Calcula a energia dissipada por efeito Joule em cada hora de funcionamento.
2. b) Determina o rendimento da lâmpada, definido como a percentagem da energia fornecida que é transformada em luz.
3. c) Numa semana, a lâmpada fica ligada $4\ \text{h}$ por dia. Calcula a energia elétrica total fornecida pela bateria nessa semana e a parte dessa energia que não foi aproveitada como luz.

Dois resistores, de $4,0\ \Omega$ e $8,0\ \Omega$, estão ligados em série a uma pilha ideal (de resistência interna desprezável) de $12\ \text{V}$.

1. a) Calcula a resistência equivalente da associação e a intensidade de corrente no circuito.
2. b) Calcula a potência dissipada por efeito Joule em cada resistor.
3. c) Indica, justificando, em qual dos resistores se dissipa mais energia num mesmo intervalo de tempo.
4. d) Verifica que a soma das potências dissipadas nos resistores é igual à potência fornecida pela pilha e interpreta esse resultado à luz da conservação da energia.